特表 2024-531877 単一の機械で異なる動作を実行するシステムおよび方法

(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】2024-09-03

(54)【発明の名称】単一の機械で異なる動作を実行するシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   B23P 23/04 20060101AFI20240827BHJP

   B21J 5/02 20060101ALI20240827BHJP

   B23Q 39/00 20060101ALI20240827BHJP

   B23Q 39/04 20060101ALI20240827BHJP

   B21J 1/06 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

B23P23/04

B21J5/02 Z

B23Q39/00

B23Q39/04 Z

B21J1/06 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024503850

(86)(22)【出願日】2022-07-22

(85)【翻訳文提出日】2024-03-18

(86)【国際出願番号】 US2022038076

(87)【国際公開番号】W WO2023004155

(87)【国際公開日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】63/224,773

(32)【優先日】2021-07-22

(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】524027307

【氏名又は名称】スコファスト・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＳＣＯＦＡＳＴ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フェイエッド，クレイグ・エフ

(72)【発明者】

【氏名】グレイムス，クリストファー・ジィ

【テーマコード（参考）】

3C042

4E087

【Ｆターム（参考）】

3C042RA27

3C042RA29

3C042RB32

3C042RL13

4E087CA01

4E087CA11

4E087CA31

4E087CA41

4E087CB01

4E087CB02

4E087CB03

4E087DB04

4E087EA02

4E087EA09

4E087EA12

4E087EA32

4E087EA41

(57)【要約】

製造のための空間コヒーレント機械は、一例では、ワークピースを固定するように構成されたワークピースホルダと、機械加工ツールを使用してワークピースに対して除去的機械加工動作を実行するように構成された少なくとも１つの運動制御軸を有するツールホルダと、ワークピースに対して加熱動作を実行するように構成された加熱要素と、ワークピース材料の塑性変形を引き起こす量の力がワークピースに加えられる成形動作を実行するように構成された成形要素とを備える。ワークピースホルダは、成形動作および除去動作が空間的にコヒーレントな方法で実行されるように、加熱動作、成形動作、および除去動作中にワークピースを固定する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造用の空間コヒーレント機械であって、
ワークピースを固定するように構成された工作物保持要素と、
機械加工ツールを使用して前記ワークピースに対して除去的機械加工動作を実行するように構成された少なくとも１つの運動制御軸を有するツール保持要素と、
前記ワークピースの熱エネルギーを、前記ワークピース材料の降伏強度を低下させるレベルまで上昇させる加熱動作を実行するように構成された加熱要素と、
鍛造ダイの一部が前記ワークピース材料の塑性変形を引き起こすのに十分な力で前記ワークピースを前記工作物保持要素に押し付けて、前記ワークピースを前記鍛造ダイの形状に適合させる鍛造動作を実行するように構成された鍛造要素と、を備え、
前記工作物保持要素は、前記加熱動作、成形動作、および除去動作中に前記ワークピースを固定し、
すべての動作が機械制御下で行われ、それによって前記成形動作および除去動作が空間的にコヒーレントな方法で行われる、製造用の空間コヒーレント機械。

【請求項2】

前記工作物保持要素は前記鍛造ダイの１つの面として機能する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

鍛造動作の終了と機械加工動作の開始との間の間隔が、約０．１秒～約１０秒の範囲である、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

鍛造動作の開始と後続の機械加工動作の開始との間のワークピースの絶対温度の低下は、約１％～約５０％の範囲である、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記機械加工要素および前記鍛造要素は、共通の軸を共有し、同じ運動アクチュエータによって駆動される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記鍛造要素は、約１０００ポンド力～約１００００ポンド力の範囲の力を及ぼす、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

機械加工動作の前にワークピースの降伏強度を低下させるように前記ワークピースを十分に加熱するように構成された加熱要素と共に除去的機械加工要素を備え、各要素は、前記機械内で空間的にコヒーレントな方法で機械制御下で動作するように構成されている、旋削、ミリング加工、および／またはミリングターン加工機械。

【請求項8】

チタン部品に有利な物理的および／または化学的材料変換を生成する方法であって、
前記部品を約５００℃～約１５００℃の範囲の温度に加熱することと、
オレイン酸（約５０～８５％）、リノール酸（約３～２５％）、パルミチン酸（約７～２５％）、ステアリン酸（約０．１～１０％）、およびリノレン酸（約０～２％）を含むトリアシルグリセロールから大部分が構成される天然油混合物を含む強化流体であって、トリアシルの組み合わせの主な分布率は、順序的にOOO、POO、OOL、POL、SOO、SOLであり、ヒドロキシチロソールおよびチロソールを含むポリフェノールを含む任意の追加の成分を有し、１５．５℃で約０．９０～０．９３kg／m^３の比重、２０℃で約７８～８８mPa．sの粘度、２０℃で約１．７５～２．０５（J／g．℃）の比熱、２０℃で約０．１６５～０．１８０（W／m．K）の熱伝導率、２０℃で約３．０～３．２の誘電率、２０℃で約９００～９３０kg／m^３の密度、２０℃で約４～１２×１０^－８m^２／sの熱拡散率、約２９８～３００℃の海面における沸点、および約１９０～２１５℃の煙点を含む物理的特性を有する強化流体を用いて前記加熱された部品を処理することと、を含む、方法。

【請求項9】

前記部品は、約８００℃～約１１００℃の範囲の温度に加熱される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記部品は、約８５０C～約９５０Cの範囲の温度に加熱される、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記比重は、１５．５℃で約０．９１５～０．９２５kg／m^３である、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記粘度は、２０℃で約８０～８６mPa．sである、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記粘度は、２０℃で約８４mPa．sである、請求項８に記載の方法。

【請求項14】

前記比熱は、約１．９７～２．０２（J／g．℃）である、請求項８に記載の方法。

【請求項15】

前記比熱は、約２．０（J／g．℃）である、請求項８に記載の方法。

【請求項16】

前記熱伝導率は、約０．１７（W／m．K）である、請求項８に記載の方法。

【請求項17】

前記誘電率は約３．１である、請求項８に記載の方法。

【請求項18】

前記密度は約９１３～９１９kg／m^３である、請求項８に記載の方法。

【請求項19】

前記密度は約９１６kg／m^３である、請求項８に記載の方法。

【請求項20】

前記熱拡散率は約５．３～８．３×１０^－８m^２／sである、請求項８に記載の方法。

【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、２０２１年７月２２日に出願された米国仮出願第６３／２２４，７７３号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

分野
本発明は、単一の機械における明確に異なる種類の動作の実行に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
部品製造の分野では、多くの付加的、除去的、変形的な技術が知られている。しかしながら、現時点まで、同じ機械内で特定の動作を一緒に実行することは不可能であった。例えば、鍛造要素および機械加工要素を必要とする部品は、鍛造機械で鍛造動作を行うこと、および旋盤、ミル、または他のマシニングセンタで機械加工動作を行うことを必要としていた。鋳造要素および機械加工要素を必要とする部品は、鋳物または鋳造機械で鋳造動作を行い、その後取り外して旋削、ミリング加工、またはターンミル設備で機械加工する必要があった。

【0004】

同様に、鍛造要素および３D印刷要素を必要とする部品は、付加製造機で３D印刷動作を行うこと、鍛造機械で鍛造動作を行う必要があった。また、熱処理などの変形動作、鍛造などの成形動作、機械加工などの除去動作が必要な部品では、鍛造機械で鍛造を行い、マシニングセンタで除去動作を行い、目的に応じた別々のオーブンで熱処理を行う必要があった。

【0005】

２つの異なる機械で２つの動作を実行しなければならないときはいつでも、１つの機械から部品を取り外し、それらを別の機械に輸送し、それらを搭載し、それらを配置して整列させ、２次動作を実行する必要があるため、追加の労力および設備コストが発生する。追加の機械オペレータが必要な場合、人件費が大幅に増加する可能性がある。

【0006】

１次機械の整列と正確に一致するように２次機械のワークピースおよびツールの適切な空間的整列を確立することの困難さにも大きなコストが伴う。部品の再位置決めを必要とする各追加の動作は、再位置決め後の部品の配置および整列の誤差が小さいため、達成可能な部品公差を低減する。別の誤差の原因は、１つの機械の様々な運動軸が別の機械の様々な運動軸と完全に整列していないために生じる。部品を取り扱わなければならないたびに、誤差の可能性が高まり、無駄や品質指標の失敗によって失われる価値もそれにつれて高まる。特定の部品は、第２の機械における再配置、再整列、および工作物保持を可能にするために、特別な基準特徴の追加および場合によってはその後の除去を必要とすることがある。他の部品は、このように機械から機械へと移動させることによって単純に作製することができない。空間的コヒーレンス（複数の動作にわたって指定された公差内の部品の３次元整列および位置合わせの維持）を確立することができる場合であっても、正しい整列および位置合わせを必要な公差内に再確立し維持するには、コストおよび困難さを追加する新規な技術が必要となり得る。実際的な意味では、２つの異なる機械で実行される２つの動作間の完全な同軸性を達成することは不可能である。

【0007】

熱エネルギーが製造に関与する場合、１つの機械から別の機械への部品の移動は、それらを冷却することを必要とする場合があり、これは、第２の動作を実行することができる前に考慮されなければならない寸法および整列の変化をもたらす可能性があり、複雑さ、コストおよび無駄を追加する。別の機械に移動する前に部品を冷却できるという要件は、他の問題につながる可能性がある。例えば、特定の材料では、冷却プロセスは、その後の機械加工を困難にし、法外なほど高価にする可能性がある硬化をもたらす可能性がある。

【0008】

空間的コヒーレンスの損失または劣化による誤差が発生すると、それらは正確であるように見えるがその後の綿密な検査に合格しない部品として現れることがあり、これは部品を再製造しなければならず、計画された時間、労力、および材料の２倍を消費することを意味する。この問題は、高い靭性および加工硬化の傾向が高いために機械加工が非常に困難な高価値合金で加工する場合に悪化する。ジョブ実行が完了してから欠陥が検出された場合、完全に新しい機械設定が必要となり、他のスケジュールされたジョブが中断され、著しい経済的影響を及ぼし得る波及効果が引き起こされる可能性がある。

【0009】

鍛造に使用される機械は、典型的には、鍛造およびプレスなどの専用の設備を設置するためにかなりの床面積を必要とし、それらの機械間の高温金属部品の移動は、特別な安全対策およびスタンドオフ距離を必要とすることが多い。したがって、そのような従来の設備および対策を機械加工ワークフローまたは３D印刷ワークフローに追加することは、追加のコストおよび既存のワークフローの混乱を伴う。

【0010】

これらの困難はすべて、２つの異なるタイプの動作を交互に行う必要がある複数の工程を実行しなければならない場合、または付加的な動作から生じる要素を有する部品が鍛造も機械加工も必要とする場合のように、３つ以上のタイプの動作が実行される場合、悪化する。多くのシナリオにおいて、これらの困難は、単一の構成要素として所望の部品を製造することを法外に高価にするか、または不可能にさえする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

単一のワークピースに対して根本的に異なる種類の複数の動作を行う必要性は、コスト、リスク、および複雑さを高め、所望の製品の製造を妨げる可能性がある重要な要因である。

【課題を解決するための手段】

【0012】

概要
一般的な説明
加熱要素は、物を加熱する。成形要素は、物を成形する。機械加工要素は、物を機械加工する 付加要素は、物を付加する。通常、このような明確に異なる動作は、別々の機械で別々に実行される。本明細書では、空間的にコヒーレントな方法で一緒に動作するように構成された２つ以上のそのような要素の組み合わせが、別個の機械で独立して動作を実行する独立した要素から生じる結果に対して新しい、有用な、明らかに異なる結果を生成するシステムおよび方法が開示される。

【0013】

一実施形態は、単一の機械において、ワークピースまたはその一部を熱間または冷間鍛造などの塑性変形によって所望の形状または状態に成形するための力および／またはエネルギーの印加を含む第１の動作（「成形動作」）を、機械加工および３D印刷などの除去的および／または付加的な製造動作を含む動作のグループから選択される第２の動作（「非成形動作」）と共に実行するためのシステムおよび方法であり、ワークピースおよび機械内のすべての運動軸の空間的整列および位置合わせ（「空間的コヒーレンス」）は、動作間で維持され、その結果、動作間の空間的、時間的、および環境的コヒーレンスがもたらされ、したがって、別々の機械におけるそのような動作の実行に関連する遅延、コスト、無駄、および困難を低減または排除しながら、新しく有用な結果をもたらす。任意の数の加熱、冷却、成形、除去的、および付加的な動作を任意の組み合わせで任意の順序で実行することができ、ワークピースの物理的、化学的、または生物学的属性の変換を含む動作（「変換動作」）、ならびにワークピースの配置／整列、インデックス付け、測定、検査、または試験のための動作（「LIMIT(locate/align, index, measure, inspect, or test)動作」）を含む追加の動作を、同じ機械への統合が有利となる他の任意の動作と共に同じ機械内で組み合わせることができる。これらの動作が実行される単一の機械は、モジュール間で空間的コヒーレンスが確立され維持されるマルチモジュール機械であってもよい。

【0014】

開示されたシステムおよび方法は、本明細書に提示された技術の任意の組み合わせを任意の順序で使用して、製造および製造活動で使用することを意図している。特定の用途が説明され、特定の技術および構成が例として与えられており、例として与えられたものを超えて多くの追加の技術およびその用途が存在し、将来発生する新しい用途も本システムおよび方法から利益を得ることが認識されている。当業者であれば、本明細書に提示されているか否かにかかわらず、一般にワークピースは任意の既存の技術によって修正されてもよく、新しい技術が将来発生すること、および開示された本システムおよび方法に従って同じ機械内でそのような異なる技術を他の技術と組み合わせる能力が多くの状況において有利であることを理解するであろう。

【0015】

さらに、本明細書では、処理流体（「強化流体」）の組成および使用、ならびにチタン合金および他の材料から製造された部品を製造中の特定の時点で処理流体を適用することによって改善することができるシステムおよび方法が開示される。

【0016】

さらに、本明細書では、ワークピースに適用された流体がワークピースの加熱中に気化され、得られた蒸気がワークピースの近くに捕捉され、以前にワークピースを取り囲んでいたガス混合物を置換するシステムおよび方法が開示される。

【0017】

本出願の背景技術および技術分野の項に示される資料は、本発明の説明の一部として参照により本明細書に含まれる。本出願は、２０２１年７月２２日に出願された米国仮出願第６３２２４７７３号の利益を主張し、その全体が本発明の明細書の一部として参照により組み込まれる。

【0018】

観察
本明細書を通して、任意選択の変換動作および多くの他の任意選択の動作と共に、付加的および除去的動作を含む動作のグループから選択される少なくとも１つの追加の動作と組み合わせて、１つまたは複数の成形動作の性能を単一の機械に組み込んで具現化する機械の様々な態様の複数の例が与えられ、すべての動作は空間的にコヒーレントな方法で実行される。したがって、そのように構成された機械の一般的なクラス（すなわち、本明細書に開示された事項を利用するすべての機械のクラス）はすべて、同じ機械内で空間的にコヒーレントな成形、付加、除去、および変換(SCOFAST：spatially coherent forming,additive,subtractive,and transformative)動作のいくつかの組み合わせを実行し、ここではSCOFAST機械として知られている。SCOFAST機械は、機械の基本ユニットだけでなく、機械を制御、調整、または動作させるために使用するまたは必要とされるすべての装置、ならびに機械の動作に必要なまたは機械と組み合わせて使用されるすべてのツール、金型、治具、および他の装置を含む、機械の動作の達成に必要な任意の補助具またはアタッチメントも含む。

【0019】

SCOFAST機械は、古い装置の単なる並置ではなく、各々が何か新規なものを生み出すことなく独自の効果を生み出し、SCOFAST機械の製品は、別々の装置において別々に実行される様々な動作のいくつかの結果の集合体と比較した場合、明らかに新しく、異なっており、より良好である。改善は、改善された時間的制御、熱的コヒーレンス、および環境的コヒーレンスと共に、結果として生じる、ワークピースおよびシステムの以前は利用できなかった一時的な状態の間に追加の動作を実行する新たな能力による空間的コヒーレンスの維持から生じる。

【0020】

例えば、旋削動作とそれに続く研削動作を実行するSCOFAST機械は、２つの動作にわたって空間的コヒーレンスを維持し、したがって、高度に同心の表面仕上げを生成する。しかしながら、同じワークピースが第１の機械で同じ旋削動作を受け、取り外されて同じ研削動作を受ける第２の機械に送られる場合、空間的コヒーレンスの不可避の損失は、表面仕上げにおいて高度の同心性を得ることを事実上不可能にする。機能が表面効果に依存する用途では、２つのそのような動作が、空間的コヒーレンスが維持され得る単一の機械ではなく別々の機械で実行される場合、要求される仕様を満たすことが不可能であり得る。

【0021】

１つの機械で第１の動作が実行された後、部品は経時的に変化する状態にあり得る。２次動作を異なる機械で実行しなければならない場合、部品が第１の機械から取り外され、第２の機械に移動され、再固定、再整列、および再位置合わせされている間に２次動作を実行することができない期間（失われた時間セグメント）がある。これらの時間セグメントの喪失は、２次動作が、第１の動作の直後の一時的に変化する状態を利用することを妨げる。

【0022】

特定のチタン合金を含む多くの材料では、熱履歴と履歴温度曲線に沿った様々な点で誘発される変形の履歴の両方が、超微細構造および材料特性の重要な決定要因である。第１の動作の直後に第２の動作を実行することができないことは、最終部品に悪影響を及ぼす可能性がある。これは場合によっては、部品を製造するコストおよび難易度を高め、場合によっては、特に失われた時間セグメント中に不可逆的な変換が発生した場合、特定の部品の製造を妨げることさえある。

【0023】

第１の動作中に誘発され、短時間だけ続く一時的な状態が続く間に２次動作を実行する能力は、様々な動作が単一のSCOFAST機械内で実行されるときに生じる重要な利点である。失われた時間セグメント内に存在する、本来失われるはずの材料の状態の回復は、異なるタイプの動作を単一のSCOFAST機械に統合することによってもたらされる際立った特徴である。

【0024】

ここで説明したすべての理由、および当業者には明らかであろう他の理由のために、SCOFAST機械内で空間的にコヒーレントな方法で一緒に動作するように組み合わされ構成された動作の結果は、いくつかの別々の機械で独立して実行された同一の動作の結果と同じではない。さらに、そのようなSCOFAST機械の能力は、別々に動作するいくつかの機械の能力と定性的および定量的に異なる。

【0025】

本明細書に開示される特定の例がSCOFAST機械のクラス内の種、属、科、または目の例を表すことは、当業者にはさらに明らかであろう。本明細書に示される任意の種の例は、その属を例示する単一の種または複数の種が例として本明細書に記載されているかどうかにかかわらず、それによって特徴付けられる属を表すことを意図している。

【0026】

同様に、成形的、付加的、除去的、および変換的（FAST：ormative，additive，subtractive，and transformative）動作以外の追加の動作がFAST動作と併せて有益に使用され得ることも当業者には明らかであろう。例えば、配置／整列、インデックス付け、測定、検査、および試験（LIMIT）動作は、SCOFAST機械に統合されることが多いと考えられる。本明細書におけるSCOFAST機械へのいかなる言及も、LIMIT動作および／または空間的にコヒーレントな方法でFAST動作と併せて実行されることが望まれ得るような他の追加の動作を実行するように構成された要素を任意選択的にさらに備えるSCOFAST機械を意味するものとする。

【0027】

SCOFAST機械の動作は、当業者に既知である追加の方法および技術、ならびに将来発見または発明され得るような追加の方法および技術と共に、本明細書の任意の部分または参照により組み込まれる任意の文書に現れる方法および技術のいずれかを含むことができる。

【0028】

開示されたシステムおよび方法は、様々な分野における用途を有し、そのような用途は、必然的に、いくつかの異なる分野からの概念および技術をまとめる。ある分野における当業者は、開示されるシステムおよび方法の任意の特定の用途に対する含意を十分に理解するために、別の分野における必要な技術を有していない可能性がある。開示されるシステムおよび方法を理解、使用、および実施しようとする者は、関連分野の必要な技能を有する者から助言を受ける必要がある。したがって、本明細書は、単一の技術分野の当業者ではなく、いくつかの異なる分野に関連する教育および経験から得られる通常の技能を有するメンバーからなる設計およびエンジニアリングチームを対象とする。そのように構成されたチームは、本明細書で使用される任意の技術用語を容易に理解し、本明細書に開示される教示、技術、システム、および方法の広い適用性を認識する。

【0029】

実施形態は、そのすべての分岐における機械工学、ならびに音響工学、製造工学、熱工学、メカトロニクス工学、ソフトウェア工学、計装工学、材料工学、量子工学、ナノ工学、鉱業工学、生物工学、応用工学、産業工学、信頼性工学、システム工学、部品工学、製造工学、コンピュータビジョン、産業用ロボット工学、電気工学および他の分野を含む用途にも企図される。

【0030】

本明細書を通して、いくつかの米国特許文献が参照され、その多くは、SCOFAST機械のいくつかの必要な構成要素もしくは任意選択の構成要素、またはSCOFAST機械で実行することができるいくつかの動作を記述、構成、図示、または説明することができる例示的な技術を記述している。本出願で参照されるすべての米国特許文献は、明細書の一部としてその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0031】

図面の簡単な説明
本発明は、SCOFAST機械の様々な要素が例示され、それらの使用が説明されている添付の図面を参照して、単なる例としてさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1A】SCOFAST機械の主要機能モジュールを示す。

【図1B】成形、変換、およびCCC要素を示す。

【図1C】CCCモジュールの相互作用を示す。

【図2】SCOFASTの例：「Forchine」における空間的にコヒーレントな鍛造および機械加工を示す。

【図3A】Forchineの正面図を示す。

【図3B】インデックス付け動作中の特定の要素を示すForchineの上面図を示す。

【図3C】ワークピースを加熱するための位置にあるコイルを示すForchineの正面図の詳細図を示す。

【図3D】鍛造動作開始時の加熱後のForchineの上面図を示す。

【図3E】部品の切断スライドおよび回収スライドを示すForchineの正面図を示す。

【図4A】１回の加熱で作製したTi－６Al－４Vボルトを示す。

【図4B】２回の加熱で作製したTi－６Al－４Vボルトを示す。

【図5A】Forchineの主軸台の断面図を示す。

【図5B】増強前のスピンドルベアリング支持体を示す。

【図5C】２つのタイプの増強を伴うスピンドルベアリング支持体を示す。

【図6】内部インサートを示す誘導加熱コイルの詳細図を示す。

【図7A】マルチツールホルダとしての末端付属物を有するロボットアームを示す。

【図7B】噴霧溶接機としての末端付属物を有するロボットアームを示す。

【図7C】成形プレスとしての末端付属物を有するロボットアームを示す。

【図7D】ツールチェンジャーとしての末端付属物を有するロボットアームを示す。

【図8A】バー材を曲げるための能動ツールを示す。バー材に対するZ軸図：曲げ動作前。

【図8B】バー材を曲げるための能動ツールを示す。バー材に対するZ軸図：曲げ動作後。

【図9A】SCOFAST機械における二重長手方向ベッドレールキャリッジツールの上面図を示す。

【図9B】SCOFAST機械における長手方向オーバーヘッドガントリツールのX軸図を示す。

【図9C】SCOFAST機械における横方向オーバーヘッドガントリツールのZ軸図を示す。

【図10】デュアル多軸回転能動ツールホルダおよびツール交換タワーを備えたSCOFAST機械を示す。

【図11】SCOFAST機械における鋳造、鍛造、およびミリング加工を示す。

【図12】SCOFAST機械における押出、鍛造、およびミリング加工を示す。

【図13】SCOFAST機械におけるパンチ成形および機械加工を示す。

【図14A】横型マシニングセンタ軸を示す。

【図14B】縦型マシニングセンタ軸を示す。

【図15A】直線Z軸の位置決め誤差成分を示す。

【図15B】回転C軸の位置決め誤差成分を示す。

【図16】鍛造され、機械加工され、曲げられた特徴を有するフックの側面図および正面図を示す。

【図17】Ti－６Al－４V合金について測定された、温度および歪み速度（εの上にドット）による応力－歪み曲線を示す。

【図18】毎秒２５の高歪み速度で変形させたTi－６２４６について測定された応力－歪み曲線を示す。

【図19】材料の応力－歪み線図を示す。

【図20】鍛造における設備変数とプロセス変数を示す。

【図21】軸にラベルが付けられた例示的な代替SCOFAST forchineの形状を示す。

【図22】フィラメント押出機構を示す。

【図23】一般的なベアリングの種類の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0033】

詳細な説明
概念および定義
本明細書全体を通して、様々な用語および概念が本明細書に記載の意味で使用される。本明細書全体を通して追加の用語を定義することができ、そのような定義はまた、本明細書で定義されているかのように、全体としておよびその各部分で本明細書に適用されると解釈される。本明細書内のどこにも明示的または暗黙的に定義されていない本明細書で使用される用語は、その意味が当業者に既知である技術用語である。特に、そのような用語は、本明細書で行われる開示および教示を利用することができる者によく知られている。本明細書で言及または説明されているあらゆる動作は、SCOFAST機械内で実行することができる。本明細書で言及される様々な動作、および／または所望され得るような追加の動作を可能にする機械要素を組み込んだSCOFAST機械の様々な実施形態の設計要件は、当業者によって理解されるであろう。

【0034】

２つ以上のリストに適用される場合、「および」および「または」という用語は、明示的に別段の記載がある場合を除き、両方とも「および／または」を意味すると解釈されるものとする。「参照により組み込まれる」という用語は、「その全体が参照により本明細書に組み込まれる」ことを意味すると解釈されるものとする。

【0035】

その他
ワークピース
製造において、ワークピースは、完成部品になるように何らかの方法で操作される材料物体である。除去製造において、ワークピースは、いくつかの標準的な形態の原料の量として開始することが多いが、ワークピースはまた、以前の動作から生じる予備成形材料の量として開始することもできる。付加製造において、ワークピースは、付加材料が堆積される予備成形基板として存在してもよく、または第１の材料がワークホルダに付加されるときに存在すると言われてもよい。

【0036】

マシニングセンタ
マシニングセンタは、ワークピースを保持し、機械制御下で除去的機械加工動作のいくつかの組み合わせを実行することができるコンピュータ制御機械である。マシニングセンタは、任意選択的に、ミリング加工、削孔加工、穿孔加工、タップ加工、および他の多くの動作と共に旋削（旋盤）動作を行うことができる。多くの場合、マシニングセンタは、多くの異なるツールをワークピースに当接させることができ、したがって、ワークピースの取り付けを妨げることなく複数の動作を実行することができる。CNC（旋盤、CNCミリング盤、およびCNCターンミル機はすべて、マシニングセンタと呼ばれることがある。

【0037】

設定
機械設定は、第１の動作がジョブに対して開始され得る前に行われなければならないすべての動作を含む。これには、構成、作業計画作成、ツール選択、固定、工作物保持、および動作を完了するために必要なすべてのツール、ツールホルダ、および材料が含まれる。ミリング動作の場合、設定は、ツール位置、高さオフセット、カッター補正、直径、溝長さ、ホルダからの長さ、オフセットなどの構成要素を含む。設定時間は、製造の収益性に影響を及ぼし得る重要な制約である。

【0038】

動作
動作という用語は、ワークピースまたは機械またはその作業環境に適用されるアクションの任意の組み合わせを意味する。

【0039】

別々に実行される動作
ワークピースに適用される動作または方法は、ワークピースが２つの動作または方法の間の機械空間に対して再位置決めされるときに、そのような再位置決めが、２つの異なる機械間でワークピースを移動させることによって達成されるか、機械の１つのゾーンからその機械の異なるゾーンに部品を移送することによって達成されるか、軸の原点または機械の動的挙動がそれによって修正されるように機械構成を変更することによって（例えば、機械加工ヘッドを手動で変更することによって）達成されるか、または機械の数値制御システムで使用される移動補償テーブルの変更をもたらすか、またはそのようなテーブルがもはやその元の構成で機械の挙動を反映しないようにする任意の他の修正によって達成されるかにかかわらず、別の動作または方法とは別個に実行または適用されると考えられる。

【0040】

公差
部品公差は、特に機械または部品の寸法における、指定された量の許容可能な変動量である。一般に、公差は、測定値±公差、すなわち２．０インチ±０．１インチの形式で与えられる。公差が高いほど、所望の測定値からの許容可能な変動が大きくなる。表Iおよび表IIは、国際標準化機構によって規格ISO－２８６で定義された標準公差等級を示す。

【0041】

【表1】

【0042】

【表2】

【0043】

真円度
真円度は、円筒、球、または円錐の断面が数学的に完全な円にどれだけ近いかを制御する２D公差である。平坦な表面に沿って転動することを目的とする円筒を考える。円筒の外径に小さな平面があると、シャフトのスムーズな転動が損なわれる。平坦なスポットは、シャフトが全く転動することができないほど大きくなり得る。この場合、平坦さは、非常に正確に測定することができる真円からの偏差を表す。より複雑な真円度誤差の例は、中心のない研削動作からの意図しない形状誤差であるローブである。真円度は部品上の断面の位置に関連しないため、図面上の真円度の表示はデータを参照していない。

【0044】

円筒度
円筒度は、真円度の３Dバージョンである。これは、物体が完全な円筒にどれだけ近いかを評価し、これは、物体がその軸に沿って円形だけでなく直線でもあることを意味する。円筒度の必要性を実証する最も単純な例は、厳しい直径公差でボアを完全に通過する必要があるピンである。ピンの直径を検査し、公差内であることを確認することができる。しかしながら、ピンが曲げられると、円筒度が失われ、ボアを通過しない可能性がある。円筒度測定は、測定される要素の全長に沿って同じ直径を有するように意図された要素または要素部分に使用される。

【0045】

同軸度
同軸度は、１つの円筒の軸が他の円筒の軸とどれだけ密接に整列しているかについての公差である。例は、２つの直径を有するシャフト、またはおそらくハウジングの両側に位置する２つのボアである。いずれの場合も、１つの要素の中心は、第２の要素と同じ軸に沿っていると予想される。各要素は軸として評価されているので、同軸度は３D測定である。

【0046】

同心度
同心度は、の２つの特徴が同じ断面平面で測定され、それを２D測定にするときに生じる同軸度の特別な場合である。単純な例は、中空シャフトまたはチューブ上で内径と外径とを互いに対して比較することである。技術図面は、典型的には、どの要素が測定面であり、どの要素が基準面であるかを示す。

【0047】

振れ
振れは、軸方向または半径方向のいずれかで取得することができる２D測定値である。半径方向に測定する場合、振れは、真円度誤差と同心度誤差の両方を１つの複合測定値に組み合わせる。部品が完全に丸い場合、振れは同心に等しくなり、完全に同心の場合、振れは真円度誤差に等しくなる。本質的に、振れは、軸オフセットと、軸を中心に回転する任意の物体の真円度との両方を考慮に入れる。

【0048】

全振れ
全振れは、部品の表面全体を考慮した３D測定値である。振れが軸に対して１つの断面のみを測定する場合、全振れは部品全体を考慮に入れ、表面全体にわたるすべての変動は特定の公差内に収まらなければならない。

【0049】

インデックス付け
インデックス付けは、ツールまたは部品が機械コントローラによって既知の位置および向きに移動されることを指す。

【0050】

配置および整列
配置および整列は両方とも、機械座標系に対してワークピースの位置、向き、および範囲を配置するプロセスを指す。再配置および再整列は、機械制御下にない何らかの作用によってワークピースが移動または乱された後に、機械座標系に対してワークピースの位置、向き、および範囲を再確立することを指す。

【0051】

位置決め公差
軸の位置決め公差は、機械座標系で定義された位置と物理的ワークピースが存在する現実世界座標系で測定されたその位置との間のその軸に沿った最大予想偏差を表す製造業者指定の量である。機械コントローラが機械要素（例えば、ツール）を軸内の定義された位置に移動させると、要素位置はその軸内の位置決め公差の量だけずれる場合がある。位置決め公差は、各軸に対して別々に定義される。軸の位置決め公差は、別の軸に沿ったすべての位置で同じであってもよく、または機械の作業スペース内の異なる位置で異なってもよい。

【0052】

再現性公差
軸の再現性公差は、その軸上の同じ位置に移動する複数のインスタンス間の最大測定偏差である。再現性公差は、各軸に対して別々に定義される。再現性公差は、機械制御下で同じ動作を使用して作られた２つの部品間の最大偏差を決定する。

【0053】

空間的コヒーレンス、位置、および向き
空間的コヒーレンス
空間的コヒーレンスは、システムが時間とともに進化し、異なる物体が異なる軌跡を占有するときの、マルチボディシステム内の複数の点間の空間的および運動的関係の維持に関する。

【0054】

機械動作の分野では、異なるツールが複数の動作および部分動作にわたってワークピースに対して配置および移動され得る精度を記述するように、空間的コヒーレンスを定義する。空間的にコヒーレントな動作は、ワークピースおよびツールのゼロ位置、向き、経路、および座標系が共通の作業スペースに対して定義され、すべての機械要素およびすべての動作にわたって均一である（座標系変換を可能にする）動作のセットである。

【0055】

ワークピースの位置および向きは不変であってもよく、または動作が実行されるシステムの制御下で決定論的に変換されてもよい。

【0056】

「空間的にコヒーレントな方法で」実行される動作は、各動作のゼロ点、軸、位置、向き、および移動経路が共通の作業スペースに対して定義されるように、共通の作業スペースで実行される。機械基準（例えば、ゼロ点および軸）の剛体変換（すなわち、回転、並進、反射、およびスケールの変化）によってのみ異なる位置、向き、および範囲は、空間的にコヒーレントである。一連の動作にわたる空間的コヒーレンスは、１つの動作に関して定義された任意の位置、範囲、向き、または経路が各動作に関しても定義されることを意味する。

【0057】

空間的コヒーレンスは定量的である。物理的構造のシステム内のすべての点、位置、範囲、向き、制約（例えば、平行度、直角度、共線性、同軸度、共平面性）および経路がワークピースの製造寿命全体を通していかなる偏差もなくそれらの空間的関係を維持するように較正された場合、その製造プロセスは完全な空間的コヒーレンスを有することになる。動作間のこれらの空間的関係の偏差が大きいほど、空間的コヒーレンスは低くなる。

【0058】

空間的コヒーレンスは絶対的ではない。なぜなら、物理空間内の物理点を完全な精度で配置することが不可能であり、幾何学的誤差のすべての原因を除去することが不可能であるからである。代わりに、空間的コヒーレンスは、実行される動作に利用可能な機械の精度に対して評価される。機械内の空間的コヒーレンスは、ワークピースが最初にワークホルダ内に固定され、機械内に配置され整列されるときに確立され、ワークピースがワークホルダ内に固定されたままであり、機械内のすべての移動および動作が機械制御下で実行される限り維持され、その結果、各軸における移動および再現性について定義された機械公差は、ワークピースに関して満たされ続ける。いつでも、実際のワークピースの位置／向き／範囲を、コントローラの内部のワークピースの位置／向き／範囲の追跡と比較することができる。２つの間の偏差が任意の軸における再現性の機械公差よりも大きくなるとすぐに、後続の動作は以前の動作に対して空間的にコヒーレントでなくなる。これは、通常、機械制御下にない人間または他のエージェントによってワークピースが乱された場合にのみ発生する。

【0059】

機械ツールの幾何学的誤差の説明は、機械ツールを異なる直線軸および回転軸の運動学的組成としてみなすことに基づいている。異なる軸の幾何学的誤差は、ツールとワークピースとの間の相対変位を引き起こす。異なる誤差がどのように加算されるかは、軸の配置および実行される動作に依存する。

【0060】

ワークピースが２つの機械間で移送されるときに生じる空間的コヒーレンスの損失は、１次元、２次元、または３次元の静的ワークピース位置に対する絶対精度の単純な損失ではないことを認識することが重要である。位置誤差は、異なる軸運動間の位置、向き、および範囲の偏差として定義される。例えば、２つの機械における２つの直線軸の動きの間に平行度または直角度偏差が存在し得る。ワークピースの座標系におけるその公称位置からの回転軸のオフセットは、２つの機械間で異なり得る。そのような位置誤差は、軸ごとに単一のパラメータによって記述されることが多いが、同軸であるように意図された２つの軸間に角度偏差が存在する場合のように、各パラメータが作業スペースに引き起こす偏差は位置依存性であり得る。空間的コヒーレンスの喪失は、線形寸法、平行度、直角度、真円度、円筒度、同軸度、同心度、振れ、および／または総振れにおける公差の喪失として現れ得る。

【0061】

直線軸は、一般に、空間の可能な自由度ごとに１つずつ、６つの成分誤差を有する可能性がある。例えば、単純な直線Z軸の６つの成分誤差は、図１５Ａでは次のように示される。EXZ：ZのX方向の真直度（水平真直度）；EYZ：ZのY方向の真直度（垂直真直度）；EZZ：Zの位置決め；EAZ：ZのX周りの傾斜運動（ピッチ）；EBZ：ZのY周りの傾斜運動（ヨー）；およびECZ：Zの転動。各機械要素の運動のあらゆる直線軸は、全体的な位置誤差に同様の誤差成分をもたらす。

【0062】

同様に、各回転運動軸は、空間の可能な自由度ごとに１つずつ、６つの追加の誤差成分をもたらす。例えば、単純な回転C軸の６つの成分誤差は、図１５Ｂでは次のように示される。EXC：CのX方向の半径方向運動；EYC：CのY方向の半径方向運動；EZC：Cの軸方向運動；EAC：CのX周りの傾斜運動；EBC：CのY周りの傾斜運動；ECC：Cの角度位置決め誤差。

【0063】

正味の幾何学的誤差は、関与する軸の数と共に増加するため、異なる機械にわたって完全なワークピースの整列が可能であったとしても、ワークピースが各々が独自の運動軸のセットを有する２つの異なる機械ワークスペースで動作を受けると、正味の幾何学的誤差が増加する。独立して実行される（各々固有の幾何学的誤差を有するそれ自体の機械空間内の）動作の数が多いほど、全体の結果に影響を及ぼす正味の幾何学的誤差が大きくなる。（軸が同じであることが意図されている場合）あるセットの軸が別のセットの軸からずれるとさらなる幾何学的誤差が生じ、その誤差は、関与する軸の数が多いために単純な累積誤差よりも１桁大きくなる可能性がある。この誤差は非線形に伝播する可能性があり、累積誤差は、製造プロセス全体で満たすことができる仕様を制限する重要な要因である。

【0064】

動作が代わりにSCOFAST機械に統合される場合、機械要素およびすべての動作は、単一の機械作業スペースおよび共通の定義された軸のセットを共有する。共通の作業スペースおよびより少ない総数の軸に対する較正および整列は、軸間位置決め誤差成分の大きさを低減する。特定の機械要素および運動軸（ワークホルダおよびスピンドルなど）は動作間で共有されるため、正味の幾何学的誤差は必然的に減少する。ワークピースが１つの機械から取り外されて別の機械に配置されるたびに生じる新たな制約のない誤差がなく、機械の較正のみから生じるため、どの誤差が残るかは一貫している。機械内の各運動軸の許容可能な幾何学的誤差の限界は、製造業者の機械公差として定義され、整列および較正手順によって維持される。一連の動作の総幾何誤差は、それらの動作に含まれる様々な運動（軸）の関数であるため、達成され得る精度および公差を定義するのは、一連の動作に含まれるすべての運動軸の組み合わされた幾何学的誤差である。

【0065】

異なるタイプの動作にわたって空間的コヒーレンスを達成する最も簡単な方法は、異なる動作を実行する機械要素を共通の機械に組み込み、共通の作業スペース内ですべての要素を一緒に較正し、共通の作業スペース内の共通の軸上の共通のワークホルダに固定されたワークピース上で機械制御下でいくつかの動作を実行することである。空間的コヒーレンスは、ワークホルダ、ツールホルダ、力源、変換要素、運動軸、および他の機械要素の空間的統合および機械制御から生じる機械の公差仕様によって部品の精度を決定することを可能にする。

【0066】

ワークホルダに固定され、両方の動作を通して同じ絶対位置および向きを有するワークピースに対して機械制御下で２つの動作が実行される場合、２つの動作は空間的にコヒーレントである。さらに、それらはここでは単一の機械で発生したものとして定義される。これらの動作によって作られる部品の精度および再現性は、動作を実行する機械の位置決めおよび再現性の公差によって定義される。

【0067】

ワークピースが第１の作業スペース内の第１のワークホルダから取り外され、第２の作業スペース内の第２のワークホルダに配置される場合、第２の作業スペースに対する位置および向きを確立するために配置／整列が必要とされる。この場合、第１の作業スペースに対して行われる動作は、第２の作業スペースに対して行われる動作と空間的にコヒーレントではない。

【0068】

ワークピースを含むワークホルダが第１の作業スペースから取り外され、第２の作業スペースに設置され、その結果、第２の作業スペースに対するワークピースの位置および向きがワークホルダの配置／整列に依存する場合、第１の作業スペースに対して実行される動作は、第２の作業スペースに対して実行される動作と空間的にコヒーレントではない。

【0069】

コンベヤまたはロボットアームを使用してワークピースを１つの機械から別の機械に、または機械の１つのゾーンから別のゾーンに移動させる場合、第２の機械コントローラによる機械制御下で移送が達成されても、空間的コヒーレンスは一般に失われる。これは、コンベヤおよびロボットアームが通常、機械動作に必要な公差を保持することができないためである。最終偏差（すなわち、ワークピースの実際の位置／向き／範囲とワークピースの位置／向き／範囲の機械コントローラの内部表現との間の偏差）は、実質的に常に第２の機械またはゾーンの公差仕様を超えるため、空間的コヒーレンスは失われている。

【0070】

第２の機械における部品の移送および再配置／再整列は、常に誤差、不確実性、遅延、およびコストをもたらす。しかしながら、特定の動作を空間的にコヒーレントな方法で組み合わせることの価値は、非常に正確な同軸度／同心度が必要とされる場合、第１の機械から部品を取り外すと反りまたはスプリングバックが生じる場合、部品が自然な基準を持たない多軸複合曲線によって主に画定される場合、または２次的な工作物保持が困難である場合（例えば、有機的に成形されたワークピースを、第１の動作中にワークピースを固定するために使用された連続的なバーフィードストックから分離しなければならない場合）など、再配置／再整列が単に不正確で遅いだけでなく困難または不可能である場合に特に明らかである。

【0071】

空間的コヒーレンスは、部品製造において達成可能な最大の指定精度を制御する１つの重要な要素の尺度である。空間的コヒーレンスの損失は、使用され得る動作の種類および達成される精度のレベルを制限する。第１の動作が第１の機械で実行され、次いでワークピースが取り外され、次いで第２の動作が実行される第２の機械に設置され配置／整列されると、空間的コヒーレンスは完全に失われる。つまり、２つの動作は完全に異なる状況で発生する。製造プロセスにおいて達成される全体的な精度は、第２の機械におけるワークピースの正確な配置および整列、ならびに２つの機械におけるワークピースに対するツールの相対的な位置、範囲、向き、軸方向の整列、および移動経路の間の任意の差に依存する。空間的コヒーレンスの損失は、特定の特徴をこのようにして実現可能に製造することができないようなものである。例えば、２つの異なる独立した機械間で移動されたワークピースに対して２つの動作が実行されると、生成されたワークピースの特徴は、関与する軸の数に比例して蓄積する角度誤差および他の幾何学的誤差と共に、同心度、同軸度、および共直線度の損失を常に示す。ワークピースが一方の回転機械から取り外され、第２の回転機械に移動されるとき、２つの中心間の同軸偏差が０．０１mmに保持され、一方の中心に固定されたワークピースの先端の半径方向運動誤差がちょうど０．００１６mmである場合、結果として生じる角度配置／整列偏差は±５分の円弧である。[Lou，Z．ら（２０１８年）「An Analysis of Angular Indexing Error of a Gear Measuring Machine」、Applied Sciences、８、p．１６９．doi：１０．３３９０／app８０２０１６９、参照により本明細書に組み込まれる]（Louら、２０１８年）。

【0072】

動作が代わりにSCOFAST機械に統合されると、機械要素は共通の作業スペース内で較正され、その作業スペース内の決定論的な位置および向きで共通のワークホルダに保持されたワークピースに作用する。後者の場合の結果は、動作間で満たすことができる精度が異なることが保証されることである。とりわけ、同軸度が保証されるため、同心度誤差を最小限に抑えることができる。測定および検査は、SCOFAST機械内に統合された動作によって作製された部品と、別々に行われた独立した動作によって作製された部品とを区別することができる。

【0073】

例えば、ワークピースを回転させるために使用された機械およびワークホルダからワークピースを取り外すことなく、回転されたワークピースに対して研削動作を実行すると、空間的コヒーレンスが維持され、高度に同心の表面仕上げを達成することができる。研削のために第１の機械から別の機械にワークピースを移動すると、空間的コヒーレンスが失われ、表面仕上げにおいて同程度の同心度を得ることが実質的に不可能になる。いくつかの用途では、これは美容上の転帰が悪い。機能が微視的表面効果に依存する用途（例えば、バイオ機械、光学、またはナノエレクトロニクス）では、これらの動作間の空間的コヒーレンスのわずかな損失でさえ、動作の機能的結果に強く影響する可能性がある。

【0074】

空間的コヒーレンスをもたらす機械要素の統合はまた、あまり明らかでない可能性がある他の属性と共に、位置、向き、範囲、同心度、同軸度、平行度、および直角度などの空間的属性を含む、動作間の状態の特定の属性の保存をもたらす。例えば、工作物保持は不変であるため、クランプ力ならびにクランプ力に関連する応力および変形も不変である。空間的コヒーレンスが、それらの間でより少ない遅延で動作を実行できることを意味する場合、熱的および化学的状態は、動作全体にわたって特定の範囲内に維持され得る。空間的コヒーレンスのほとんどの条件下で維持されるが、部品が１つの機械から取り外されて別の機械に配置されるときにしばしば変化する追加の属性には、温度、湿度、ガスまたは蒸気組成、光の衝突波長、光子束、電磁場、化学的曝露などの環境要因が含まれる。

【0075】

単一のSCOFAST機械で複数の動作を実行する１つの重要な有益な効果は、以前に利用できなかったワークピース状態にアクセスできることである。これは、化学的および熱的変換などの状態の不可逆的または不完全に可逆的な進行を扱う場合に特に興味深い。例えば、特定の材料および構成要素を含むワークピースは、損傷することなく、短時間で１回だけ加熱することができる。そのようなワークピースが加熱され、第１の機械で実行される第１の動作を受け、次いでワークピースが第１の機械から取り外され、第２の機械に移動され、第２の機械では、第２の動作を実行することができる前にワークピースを再配置／再整列させる必要がある場合、第１の動作の直後に存在する熱状態は、第２の動作のためにはアクセスできない。両方の動作を単一のSCOFAST機械に統合することにより、以前はアクセスできなかった熱状態が、第２の動作を実行するために突然利用可能になる。材料を２回加熱することはできないので、この空間的にコヒーレントな一体化により、他の方法では製造することができなかった部品を製造することが可能になる。

【0076】

以前は別個の機械を必要としていた動作が代わりに単一のSCOFAST機械内で実行される場合、その結果は新しく、実行可能な動作の種類、実行可能な方法、それらの動作の結果、達成可能な精度、および結果として生じる部品の特定の重要な属性に関して異なる可能性がある。

【0077】

熱的コヒーレンス
異なる動作を空間的コヒーレンスと共に統合することは、ワークピースを１つの機械から別の機械に移動させる必要性を排除することによって、動作間の遅延を最小限に抑える。環境からの熱エネルギーの増加または環境への熱エネルギーの損失は時間の関数であるため、空間的コヒーレンスは、動作間の熱エネルギーの増加または損失を最小限に抑え、熱的一貫性を改善するのに役立つ。例えば、ワークピースが加熱され、ある温度で第１の動作が実行された後、ワークピースの熱エネルギーは経時的に減少する。その冷却プロセス中に、特定の温度範囲で第２の動作を実行しなければならない場合、第２の動作を実行する機会は狭くなり得る。遅延を最小化することにより、空間的コヒーレンスは、所与の動作が必要な時間および温度ウィンドウ内で首尾よく実行され得る可能性を高め、新規かつ有用な結果をもたらす。

【0078】

動作が熱的機会に依存しない場合でも、共通の作業スペースに作用する環境熱効果がその作業スペース内で実行されるすべての動作に影響を及ぼすため、熱的コヒーレンスの改善をもたらす空間的にコヒーレントな動作が有益であり得る。対照的に、異なる機械で独立して実行される動作は、ワークピースおよびツールおよび機械要素のサイズ、形状、および材料特性に影響を及ぼし得る異なる熱的効果を受けるため、SCOFAST機械内で空間的にコヒーレントな方法で組み合わされた動作と比較して異なる結果をもたらす。

【0079】

時間的制御
動作にわたる空間的コヒーレンスは、部品が製造される際の精度にとどまらず、他の利点とも関連する。複数の異なる動作が単一の機械に統合されると、高度な時間的制御を実行し、同じ機械内で実行される動作間の遅延を最小限に抑えることが可能になる。動作間のタイミングは、CNC制御の単純な関数として管理され、可能なタイミングの範囲は、複数の動作が機械間の移動を必要とするときには利用できない非常に迅速なシーケンスを含む。動作間タイミングの改善は、一連の別々の機械において同じ順序で実行される独立した動作と比較して、SCOFAST機械内で組み合わされた動作から新しい改善された結果が得られる独立した理由である。

【0080】

ある実用的な意味では、距離は時間である。同じ機械内のワークピースに対して第１および第２の動作が実行される場合（「複合シナリオ」）、第１の動作の終了と第２の動作の開始との間に経過する時間量を最小限に抑えることができる。しかしながら、第１の動作が第１の機械で実行され、第２の動作がある距離だけ離れた第２の独立した機械で実行される場合（「独立シナリオ」）、ある程度の追加の遅延が不可避である。つまり、第１の機械からワークピースを取り外し、それを第２の機械に移動し、第２の機械にワークピースを再配置／再整列させるプロセスは、常に第１の動作と第２の動作との間に追加の時間遅延をもたらす。

【0081】

分子規模のSCOFAST機械の場合、動作間の時間はナノ秒程度であり得る。反対側に、動作間の時間は数百秒程度となることもある。しかしながら、いずれの場合も、１つの機械から取り外されて別の機械に移送されることなく、ワークピースをその場で操作することができる場合、達成可能な最小時間遅延は改善される。２つの動作間に遅延が発生すると、経時的に変化するワークピースまたは環境の任意の属性は、２つの動作が同じ機械内で迅速な順序で実行されるか、または２つの独立した機械内で追加の時間遅延を伴って実行されるかに応じて異なる効果を発揮する。時間変動属性におけるそのような時間的差異は、独立した動作シナリオと比較して、複合シナリオについて完全に異なる結果をもたらす可能性がある。

【0082】

これは、経時的に変化するワークピースの属性が不可逆的に変化する場合に特に当てはまる。例えば、架橋および他の触媒プロセスは元に戻すことができない。多くの化学反応は事実上不可逆的である。多くの材料は、１回だけ、または限られた回数だけ加熱および冷却することができる。特定の材料は、再加熱されると、汚染分子の混入のために脆化する。他の材料は、再加熱されると表面反応を起こす。他の材料は、再加熱されると形状を失うことがある。他の材料は、硬化、軟化、または強靭化などの望ましくない物理的変化をする可能性がある。

【0083】

特定のシナリオでは、SCOFAST機械で２つの動作を組み合わせることで、任意のタイプの不可逆的に変化する属性を持つワークピースに対して、他の方法では不可能な動作を連続して行うことができることは明らかであろう。１つの実際的な結果は、特定の熱状態を必要とする複数の異なる動作が、他の方法では不可能な単一の加熱および冷却サイクル中に迅速に連続して実行され得ることである。これは、材料を２回加熱することができない場合に非常に重要である。このような状況の一例は、本明細書で後述する「Forchine」の実施形態で説明および図示されており、グレード５のチタンボルトは、鍛造動作後数秒以内に開始しなければならない機械加工動作で製造される。鍛造動作と機械加工動作の両方を高温で行わなければならず、材料を２回加熱するとねじ山が脆くなって崩れてしまうため、同じボルトを別々の動作で作ることはできない。

【0084】

単一のSCOFAST機械における複数の動作の組み合わせは、他の方法では容易に製造することができなかった多くの部品の製造を可能にすることができる。例えば、一実施形態では、作製される部品は、精密研削された内部と高度に指定された精密なねじ山とを有する透明なセラミックカップである。部品の製造において、第１の動作は加熱であり、第２の動作は熱間プレス成形であり、第３の動作はねじ切りであり、第４の動作は精密研削である。ねじ切りは、熱間成形されたセラミックが冷却され、正確に正しい稠度に硬化されたときに行われなければならない。セラミックが高温すぎる場合、材料は切断されるのではなく単に押し退けられる。材料が冷たすぎると、ねじ切りを試みたときに材料が砕ける。ねじ山が切断される前に、カップは柔らかすぎて、その元のワークホルダから取り外すことができず、変形することなく再装着される。硬化および冷却後にカップを再加熱することは、変形または崩壊し、酸素脆化が生じるため不可能である。このセラミックカップは、研削仕上げがねじ山と高度に同心でなければならないという要件を伴って、光学用途において使用される。成形およびねじ切りは単一の熱サイクルで行われなければならず、ねじ山は臨界温度で切断されなければならないので、ねじ切りの時間的整列が重要であることは明らかである。同様に、研削仕上げは、カップの壁に切り込まれたねじ山と完全に同心でなければならないため、成形、ねじ切り、および研削動作の空間的整列が重要であることは明らかである。SCOFAST機械内で実行され、空間的にコヒーレントな方法で組み合わされたときの動作の結果は、所望の部品を生成する。別々の機械で別々に実行された場合の動作の結果は、空間的コヒーレンスの損失およびそれに伴う時間的および熱的制御の損失のために、所望の部品を生成しない。

【0085】

SCOFAST機械で組み合わされた動作から生じる新しい改善された結果の別の例は、触媒プロセスが使用される製造プロセスである。そのような一実施形態では、エポキシなどの触媒樹脂を精密ダイに注入し、規定の硬度まで硬化させる。ダイが開かれ、ワークピースが実行可能な硬度範囲内にある間に、精密機械加工動作がワークピースの露出部分に対して行われる。機械加工動作を試みるのが早すぎると、ワークピースが柔らかすぎて変形してしまう。機械加工動作を試みるのが遅すぎると、ワークピースが硬すぎて砕けたり崩れたりする。エポキシは再液化することができず、材料が機械加工するのに十分に柔らかい間にワークピースが固定具から取り外され、別の装置に再配置／再整列されると、ワークピースはその形状を失う。SCOFAST機械における樹脂鋳造と機械加工との組み合わせは、樹脂鋳造と機械加工動作とが異なる機械で別々に行われる場合に得られる結果とは異なる結果をもたらす。

【0086】

単一の機械
SCOFAST／LIMIT動作を担う機械要素が機械支持要素および工作物保持要素と組み合わされ、各軸および各機械要素の位置、向き、運動経路、較正、および誤差範囲がすべて共通の作業スペースに関して定義および較正され、共通の機械公差セットを有する機械制御下でのみ動作するように各要素が整列および構成される場合、それらは単一のSCOFAST機械（「単一機械」）に統合されているとみなされる。

【0087】

空間的コヒーレンスの確立
機械内では、ワークピースは最初にワークホルダ内に配置され、機械の座標系に対するワークピースの位置、向き、および範囲は、ワークピースを配置および整列させるプロセスによって決定される。このプロセスは、ワークピースの位置または向きを調整すること（例えば、チャック内のセンタリング）を含むことができる。これはまた、ワークピースの表面を定義された範囲に適合するようにする除去動作を含むことができる。ワークピースが完全に配置／整列され、その範囲が完全に定義されると、機械コントローラ内で定義された位置、向き、および範囲と、現実世界で測定されたワークピースの物理的な位置、向き、および範囲との間のいかなる偏差も、各軸における位置決めのための定義された機械公差内にある。この時点から、完全に機械制御下にある機械内で実行されるすべての動作は、互いに空間的にコヒーレントである。

【0088】

ワークピースが直接的な機械制御下にない任意の方法で動かされるときはいつでも、空間的コヒーレンスは失われる。ワークピースがその後に再配置／再整列されても、その元の位置および向きとの一致は達成できず、後続の動作は、ワークピースが乱される前に実行された動作と空間的に整合しない。これは、同軸性を必要とする２つの動作が、それらの間の空間的コヒーレンスの損失を伴って実行されるときに容易に見られる。すなわち、ワークピースがどれだけ慎重に再配置／再整列されても、ワークピースが手動で移動される場合、ワークピースがその設定において乱されない限り保持され得る精密な部品公差（クランクシャフトに沿った楕円形状特徴の同心度など）が達成不可能になる。

【0089】

空間的コヒーレンスの決定
第１の動作および第２の動作は、以下の３つの要件のいずれかが満たされる場合、空間的にコヒーレントな方法で実行される。

【0090】

１．２つの動作が、第１の動作の開始から第２の動作の終了まで動かないワークホルダに連続的に保持されたワークピースに対して、機械制御下で実行される。

【0091】

２．２つの動作が、ワークピースの任意の動きが２つの動作を実行する機械コントローラの完全な制御下にあるように、ワークホルダに連続的に保持されたワークピースに対して機械制御下で実行される。

【0092】

３．第１の動作が、第１の機械コントローラによって第１の機械で実行され、第２の動作が、第２の機械コントローラによって第２の機械で実行される。

【0093】

その際、第１の機械および第２の機械は、同じ機械であってもよく、
第１の機械コントローラおよび第２の機械コントローラは、同じコントローラであってもよく、
第１の機械コントローラおよび第２の機械コントローラは、ワークピースの位置、向き、および範囲を含むワークピース属性について常に一致し（座標系変換を可能にする）、
各機械のワークホルダ、ワークピース、および他のすべての要素の任意の動きは、常に機械制御下にあり、
第２の動作の開始時に、第２のコントローラによって定義されたワークピース属性と、実世界で測定されたワークピース属性との間のいかなる偏差も、第２の機械の各軸に沿った位置決めおよび再現性の両方について、第２の機械の定義された公差内にある。

【0094】

逆に、３つの条件のいずれも満たされない場合、２つの動作は互いに空間的にコヒーレントではない。

【0095】

空間的コヒーレンスに関連する他の利点
環境的コヒーレンス
空間的コヒーレンスに関連する別の利点は、環境的コヒーレンスによる新しいまたは改善された結果である。この利点は、動作の結果が動作が実行される環境にある程度依存し、その環境の多くの態様が空間および時間にわたって（時空間的に）変化し、場合によっては比較的小さな空間および／または時間差にわたって著しく変化するという事実に由来する。周囲温度は、機械要素の熱膨張および収縮に起因して機械補償をしばしば必要とする重要な環境属性である。他には、静電場、磁場、電場、電磁場（可視光、赤外光、紫外光、無線周波数エネルギー、マイクロ波エネルギー、および電磁スペクトルの他のすべての部分を含む）が挙げられる。特定の場の偏光は、著しい時空間変動を示し得る。時空間的に変化し得る他の属性には、衝突放射線（周囲のものであるか放射性同位元素を用いた作業によるものかにかかわらず）、あらゆる種類の粒子状物質、エアロゾル、化学蒸気、真菌、細菌、ウイルス、湿度、気圧、ガス分圧、温度、音響エネルギー、振動、空気流、対流、熱放射、熱伝導率、電気伝導率、電気化学的効果、大気pH、クランプ力、重力、および他の属性などの要素の種類、分布、および強度が含まれる。環境はまた、偽重力、遠心力および求心力、コリオリ力およびエトボス力などの偽力の影響に関して時空間的に変化する。

【0096】

環境属性効果の大きさは、動作が実行される特定の環境に依存し得る。例えば、地球の自転はコリオリ／エトボス効果をもたらし、その偏向の方向と大きさは地球上の物体の位置と経路に依存する。この偏向ベクトルが２つの位置および向きの間で十分に異なり、実行される場所に応じて動作の結果が変わるシナリオはまれである。しかしながら、遠心分離機または回転宇宙ステーション内などのより高い角速度の領域で実行される動作の場合、コリオリ／エトボス効果は著しく大きくなり、わずかな距離や経路の向きのわずかな変化で著しく変化し得る。

【0097】

SCOFAST機械への動作の統合により、各動作は、位置または時空間の環境変動とは無関係であっても、機械間で一般的に異なるものも含む、統一された機械属性の共通セットを経験することが可能になる。例えば、独立した機械は、熱および電気ベースラインならびに導電率、静電場、電気化学的効果、空気流、対流流、電流、場、クランプ力、加速度プロファイル、振動モード、減衰、剛性、高調波、力の下での撓み、微粒子、および他の多くの属性に関して変化し得る。

【0098】

ワークピースの移動の減少
いくつかのシナリオでは、SCOFAST機械における動作の組み合わせによってワークピースの移動をなくすことができるだけで、新たな改善された結果が生じ得る。例えば、スフレまたは他の繊細な泡を動作間で移動させなければならない場合、動き自体または環境的コヒーレンスの損失（例えば、熱衝撃）のいずれかに起因して崩壊が起こり得る。

【0099】

生態学的コヒーレンス
生化学的または生物学的に配向された機械では、動作の結果に影響を及ぼし得る属性の数はさらに多い。機械生態学、無菌性、微量元素、触媒エンハンサーまたは阻害剤、状態履歴、光スペクトル、および他の多くの因子は、わずかな差に応答して大きな影響を及ぼし得る。空間的にコヒーレントな動作にわたる共通の生態学を共有することにより、多くの変動源を除去することができる。例えば、一実施形態では、バイオ製造プロセスは、生物学的活性材料を堆積させ、粗い形態（第１の形状）にプレスし、（生物学的または化学的に）エッチングし、成長させ、次の形状に機械加工する一連の動作をそれぞれ含む複数のサイクルを必要とする。数サイクル後、統合されたSCOFAST機械に統合された複合動作として実行された場合のこれらの動作からの結果は、異なる生態を有し、工程間の取り扱いおよび搬送を必要とする異なる機械で独立して実行された動作の結果とは明らかに異なることが予想される。生物学的システムでは、各機械間移送は、取り扱い、最適でない移行空間への曝露、物理的力、熱衝撃、汚染、およびプロセスの他の不可避の要素による混乱のリスクがある。

【0100】

安全性
動作がSCOFAST機械に統合され、輸送または取り扱いが必要とされない場合のリスクと比較して、別々のデバイスで動作を実行するために移送が必要とされる場合の危険物質の曝露または放出のリスクが高いため、SCOFAST機械内で動作を組み合わせることは、安全性の向上により結果が改善される可能性がある。場所から場所への移動が危険であり得る物質には、高温の部品、反応性の高い元素、強酸および強塩基、酸化剤および還元剤、放射性物質、感染性物質、爆発物、毒性物質、ならびに他の有害物質が含まれる。感染性または有害な材料を使用して医療用または薬理学的製品を製造する場合、バイオリスクは、材料が移送のために取り扱われるたびに増加する。単一のSCOFAST機械で移送なしに実行される複数の動作は、材料の手動移送が必要とされる異なる機械で実行される動作よりも本質的に安全である。動作を劣化させる物質汚染のリスクも、移送のたびに増加する。このことは、２０２１年のSARS－CoV２に対するワクチンの製造において、異なる機械で行われる動作のための材料の移動が偶発的な汚染を引き起こし、５，０００万回分超のワクチンの破壊につながったことで証明された。

【0101】

CNC軸
作業スペース内の任意のオブジェクトの位置および向きは、長方形、円形、球形、または他の種類のいずれかの軸のいくつかのセットに対する座標によって定義され得る。座標系は、任意の目的のために定義されてもよく、位置および向きは、任意の軸系から他の任意の軸系に自由に変換されてもよい。

【0102】

任意の種類のコンピュータ数値制御(CNC：computer numerically controlled)機械の能力を説明するとき、ワークピース、ツール、場、またはエネルギーの形態の位置、向き、および運動の利用可能な自由度を説明するために、軸座標系の便利なセットが使用されることが多い。そのような説明は、機械加工および３D印刷の分野で一般的に使用されるが、任意の物体、力、または動作に等しく適用することができる。特に、CNC機械は、ツールおよび／またはワークピースの制御された移動が同時に起こり得る軸の数によって識別されることがある。従来最大１２個の軸が説明されているが、任意の機械設計に追加の任意の軸が追加されてもよい。３軸機械は、３次元で直線位置決めを提供するが、角度位置決めは提供しない。５軸機械は、３次元の直線位置決めと、２軸周りの回転による角度位置決めとを同時に制御する。９軸機械は、３つの軸に沿った直線位置決めおよび各軸の周りの角度位置決めを同時に制御し、３つの追加の直線軸をさらに同時に制御して、同じ作業スペースでの旋削およびミリング加工の両方を可能にする。１２軸機械は、典型的には、３つの２次直線軸の各々の周りの直線位置および角回転の同時制御を有する追加のヘッドを有し、ピンチミリング、多成分付加製造、異なるタイプの同時動作、および当業者には明らかである、他の方法では困難または他の方法では不可能な動作のホストなどの動作を可能にする。

【0103】

CNC軸にラベル付けする場合、最初の３軸は、従来、X、Y、およびZ直線軸である。横型マシニングセンタでは、図１４Ａに示すように、従来、Z軸はスピンドルと整列され、Y軸は局所重力場の軸と整列され、X軸およびZ軸は機械床に平行である。縦型マシニングセンタでは、図１４Ｂに示すように、従来、Z軸は機械のスピンドルと一致しており、X軸およびY軸は作業台の表面に平行である。いずれの場合も、第２の３つの軸は、右手の法則に従ってそれぞれX軸、Y軸、およびZ軸の周りを回転するA、B、およびC回転軸である。これらの軸に沿ったおよびその周りのワークピースおよびツールの移動は、ツールおよびワークピースを異なる角度および異なる位置に相対的に配向することを可能にする。これにより、所与のツールを使用することができる動作の数および種類が増加し、それによって必要なツール交換の数が減少する。共通して参照される第３のセットの軸は、X２、Y２、およびZ２軸であり、これらはそれぞれX、Y、およびZ軸に平行であり、CNC機械内の別個のコマンドによって管理される２次直線軸である。U軸と呼ばれる別のプログラミング便宜軸は、旋盤などの旋削機械のスピンドルの回転軸を基準にして定義される。この軸は、機械のスピンドルに垂直な移動を定義し、したがって、U軸における移動は、部品の機械加工直径を制御する。第４のセットの軸はA２、B２、およびC２回転軸であり、それぞれX２、Y２、およびZ２軸の周りを回転する。上記にもかかわらず、各機械製造業者は、各特定の機械の軸を定義して命名し、多くの命名および制御のバリエーションが存在する。

【0104】

SCOFAST機械内で任意の数のワークピースおよびツール軸を制御することができ、動作は任意の軸に沿って実行することができる。

【0105】

付加仕上げ動作
付加仕上げ(AF：additive finishing)動作は、付加動作中に堆積された材料の分子特性、冶金特性、化学特性、微細構造特性、超微細構造特性、構造特性、機械特性、および／または他のバルク特性、層特性、表面特性、および／または仕上げ特性を変更することによって付加製造(AM：additive manufacturing)動作を完了または強化するために実行される補足動作である。付加製造動作によって作製または拡張されたワークピースの寸法は、付加的な仕上げ動作の結果として変化する可能性があるが、ワークピースを初期形状から新しい形状に変更することは、付加的な仕上げ動作の主な目的ではない。

【0106】

付加仕上げ動作は、気孔率、密度、層接着、粒子凝集、応力パターン、硬度、靭性、延性、強度、疲労強度、弾性率、破断伸び、破断圧縮、降伏強度、応力－歪み曲線、熱伝導率、導電率、耐食性、粗さ、もしくは他の材料特性、または上記の任意の組み合わせを変更するのに役立ち得る。付加仕上げ動作を使用して、内部および／または表面欠陥、例えば、ボール化、気孔率、亀裂、粉末凝集、熱応力、不完全な融着、収縮気孔率、ガス気孔率、液化割れなどを改善することができる。

【0107】

付加仕上げ動作の例には、脱バインダ、焼結、レーザ焼結、圧縮焼結、指向性エネルギー堆積、熱処理(HT：heat treatment)、溶体化熱処理(SHT：solution heat treatment)、熱間等方圧加圧(HIT：hot isostatic pressing)、冷間等方圧加圧、圧縮、緻密化、加熱、冷却、焼鈍、電磁露光、フォトニック露光、ピーニング、ハンマリング、ピーニング、ブラスト、ビーズブラスト、ショットブラスト、プレス、ロールプレス、研磨、レーザ研磨、レーザピーニング、レーザショットピーニング、レーザショックピーニング、圧延、リング圧延、形材圧延、リング鍛造、深冷間圧延、鍛造、押出、超音波ピーニング、機械的ピーニング、ショットピーニング、ハンマーピーニング、ガス露光、溶体化処理、溶体化熱処理などが含まれる。付加仕上げ動作は、ここでは、成形動作および変換動作のいずれとも異なると考えられ、付加仕上げ動作の一部として分類される活動は、定義により、成形動作または変換動作のカテゴリから除外される。得られた結果は、それらが使用される付加プロセスによって定義される。付加ワークピースに適用される場合、それらは付加動作を補助する。

【0108】

付加仕上げ動作は、層堆積中に、または付加堆積の各層の後に、または付加動作もしくは一連の付加動作中に定期的に、または付加動作もしくは一連の付加動作が完了した後に、または上記の任意の組み合わせで実行することができる。付加仕上げ動作は、付加製造動作（例えば、SCOFAST機械内）と密接に統合されてもよく、または付加動作自体とは別に実行される後処理活動の一部として実行されてもよい。

【0109】

予備的な形態に付加製造されたワークピースに対して付加仕上げ動作を行うのに有用な特定の技術は、X．Peng、L．Kong、J．Y．H．Fuh、およびH．Wangによる「A Review of Post－Processing Technologies in Additive Manufacturing」、Journal of Manufacturing and Materials Processing、vol．５、no．２、Art．no．２、２０２１年６月、doi：１０．３３９０／jmmp５０２００３８（Peng他、２０２１年）、および参照により本明細書に組み込まれる米国特許第１０２２０４３４号明細書に記載されている。

【0110】

成形動作／成形
成形は、そのエネルギー含有量を変更して、または変更せずに、ワークピースに力を加えることによってワークピースの形状を変更し、それによって、それを塑性変形させ、それによって（明確に定義されているかアモルファスであるかにかかわらず）初期形状から新しい所望の形状に変化させるプロセスである。成形は主に材料の除去を伴わないが、鍛造または鋳造後にバリが除去される場合など、成形中に材料が失われる可能性がある。ここで定義される成形および成形動作は、別個に分類される付加仕上げ動作を除外する。付加仕上げ動作中に力が加えられたかおよび／または塑性変形が生じたかどうかにかかわらず、付加仕上げ動作から生じるワークピースの形態または特性の変化は、本明細書で定義される成形の証拠ではない。

【0111】

成形動作は、材料の塑性変形を誘発するのに十分な力を適用または利用し、ワークピースの形状および他の特性を変化させる。ワークピースのエネルギー含有量は、成形前または成形中に変更することができ、ワークピースを十分に塑性化または流動化させて、形状変化を誘発するのに必要な力を低減させることができる。成形動作は、外力の適用を必要とせずに、ワークピースが固有または周囲の力に応答して塑性変形または液化（溶融）および流動変形を受けるのに十分にワークピースのエネルギー含有量を変えることによって進行し得る。例えば、軟化または溶融した材料の形状および動きは、地球の重力場内で溶融すると周囲の重力を受ける。微小重力環境では、表面張力または周囲磁場などの他の力が支配的な影響を及ぼす可能性がある。外力を加えて、軟化または溶融した材料の形状および動きを誘発、抑制または変更することもできる。容器（ダイまたは金型）は、最終的な形状を制約し得る。

【0112】

材料の形状変化が塑性変形を介してもたらされる場合、それは、鍛造、打ち抜き、プレス成形、深絞り、圧印加工、パンチング加工、曲げ加工、カール加工、圧延、拡張加工、ヘミング加工、シーミング加工、フランジング加工、ピアシング加工、アップセット加工、圧縮加工、ハンマー加工、スウェージング加工、切断加工、スピニング加工、エンボス加工、押出加工、成形、および他の成形動作などの様々な方法で行われ得る。SCOFAST機械に組み込まれ得る圧延技術には、鍛造圧延、熱間圧延、冷間圧延、ロール鍛造、ロール曲げ、ロール成形、平圧延、リング圧延、構造形状圧延などが含まれるが、これらに限定されない。

【0113】

ワークピースの形状を変更することに加えて、成形動作は、ワークピース材料の微細構造を変更することが多く、材料特性を変更するために使用することができる。

【0114】

成形の議論の多くは金属成形を含む例に焦点を当てているが、様々な非金属材料が同様に鋳造および／または変形によって成形されてもよく、多くの金属加工技術が非金属材料を含む動作に適合されてもよい。特定の材料の特定の属性および挙動の詳細を除いて、特定の金属または非金属材料に対する各参照は、塑性変形または溶融が可能な金属および非金属材料に対する一般的な参照として解釈されるべきである。

【0115】

成形動作に有用ないくつかの技術は、米国特許文献の米国特許出願公開第４２６０３４６号明細書(Improved powder press)、米国特許第７０２１４０１号明細書(Electric Hammer with air cushion)、米国特許第１０３４３２２７号明細書(Crimping tool)、米国特許出願公開第１２１１１９３号明細書(Forging－machine for making hollow bodies)、米国特許出願公開第１５４５３６４号明細書(Nail and method of producing same)、米国特許出願公開第２７７１８５０号明細書(Hydraulic stamping press)、米国特許出願公開第３３４２０５１号明細書(Incremental dieless forming)、米国特許出願公開第３３５７２１８号明細書(Hydraulic press)、米国特許出願公開第３４９６６１９号明細書(roller bearing races)、米国特許出願公開第５０６８７７９号明細書(Digital control for hydraulic press)、米国特許出願公開第５８０６３６２号明細書(Handheld tool for applying force)、米国特許第６５２００７７号明細書(Screw press)、米国特許第６７２２２７０号明細書(Hydraulic press)、米国特許第６９７３７８０号明細書(Hydraulic press)、米国特許第７１０２３１６号明細書(Mechanical press)、米国特許第７１９１８４８号明細書(Rolling hammer drill)、米国特許第７３５３６８６号明細書(Press)、米国特許第７９０８９６３号明細書(Hydraulic press)、米国特許第８５２２６３６号明細書(Rectilinear motion device)、米国特許第８８４４４３６号明細書(Hydraulic press units)、米国特許第９０４４９１３号明細書、第９８８９６２１号明細書、第１０７８６８４７号明細書、米国特許第１０２３８１２０号明細書(Dough forming pressing plate)、米国特許出願公開第２００５０１２６２４６号明細書(Solid shapes extrusion)、米国特許出願公開第２００８０１４１６６８号明細書(Electrohydraulic drawing press drive)、および米国特許出願公開第２００９０１３１２３５号明細書(Ball bearing for spindle turning device)に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0116】

SCOFAST成形動作に有用な追加の例示的なシステムおよび方法は、非米国特許文献の中国特許CN１０２０４９４６１号明細書(Multidirectional numerical control hydraulic press for metal plasticity forming)および中国特許出願公開１１１２１５８９８号明細書(Electric arc additive synchronous ultrasonic hot rolling and rapid cooling)に記載されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0117】

SCOFAST成形動作に有用な追加の例示的なシステムおよび方法は、以下の非特許文献、K．Osakada、K．Mori、T．Altan、およびP．Groche、「Mechanical servo press technology for metal forming」、CIRP Annals、vol．６０、no．２、６５１－６７２ページ、２０１１年１月、doi：１０．１０１６／j．cirp．２０１１．０５．００７、およびMarciniak，Z．、Duncan，J．L．およびHu，S．J．（２００５年）Mechanics of sheet metal forming、第２刷、デジタル印刷に移行、Oxford：Butterworth－Heinemannに提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0118】

変形
変形とは、物体のサイズまたは形状の変化を指す。変位は、物体上の点の位置の絶対的な変化である。撓みは、物体上の外部変位の相対的な変化である。歪みは、材料の無限に小さい立方体の形状の相対的な内部変化であり、立方体の長さまたは歪みの角度の無次元変化として表すことができる。歪みは、応力－歪み曲線によって応力として知られる、立方体に作用する力に関係する。図１９に示す一般的な応力－歪み曲線において、縦軸は、横軸に伸びまたは圧縮（歪み）を生じさせるために必要な力（応力）である。この図において、Pは比例限界であり、応力－歪み曲線が線形となる応力の最大値を表す。Eは弾性限界であり、永久歪みがない応力の最大値を表す。曲線が比例限界と弾性限界との間で線形でなくても、材料はこの領域で依然として弾性であり、この点以下で負荷が除去されると、試料はその元の長さに戻る。Yは降伏点であり、降伏点を超えると応力の関数として歪みが著しく増加し始める応力の値を表す。降伏点における応力を降伏強度と呼ぶ。明確に定義された降伏点のない材料の場合、これは通常、曲線の直線部分に平行な線が０．００２の歪み値でx軸と交差するように引かれる０．２％オフセット法を使用して定義される。線が応力－歪み曲線と交差する点を降伏点とする。Uは、応力－歪み線図上の応力の最大値である極限強度に対応する。極限強度は、引張強度とも呼ばれる。極限応力に達した後、延性材料の試料はネッキングを示し、このネッキングでは、試料の局所領域の断面積が著しく減少する。Fは破壊点または破断点であり、材料が破損して２つの断片に分離する点である。応力と歪みとの関係は、一般に降伏点まではほぼ線形かつ可逆的（弾性変形）である。降伏点を超えると、除荷後にある程度の永久歪みが残り、この歪みは塑性変形と呼ばれる。固体物体全体の応力と歪みの決定は、材料の場合は強度解析の分野で、構造物の場合は構造解析の分野で行われる。

【0119】

弾性変形
弾性変形は、加えられた力に応じた物体の可逆的な変形であり、力が除去されると、物体は元のサイズおよび形状に戻る。弾性変形は、ワークピースの一部が弾性変形し、他の方法ではアクセス不可能またはアクセス困難である領域にアクセスすることができる場合など、様々なシナリオでSCOFAST機械で使用され得る。

【0120】

塑性変形
塑性変形は、加えられた力に応じた物体の永久変形であり、力が除去されると、物体は元のサイズおよび形状に戻らない。塑性変形は、固体材料をある形状から別の形状に変形させる。単純であり得る初期形状（例えば、ロッド、ビレットまたはシートブランク）は、ツール（例えば、ハンマーまたはダイ）によって加えられる力に応答して塑性変形を受け、異なる幾何学的形状を有し、かつしばしば異なる材料特性を有するワークピースが生成される。このような一連のプロセスを使用して、単純な形状から複雑な形状に徐々に材料を成形することができる。変形プロセスは、ソース材料から完成部品への所望の変更をもたらすために、鋳造、機械加工、研削、および熱処理などの他の動作と併せて頻繁に使用される。一連のそのような動作が、別個の空間的にコヒーレントでない機械ではなくSCOFAST機械で実行される場合、利点は大きく、当業者には直ちに明らかになるであろう。金属では、変形プロセスは主に金属の流れを伴い、長期の冶金速度プロセスに依存しない。

【0121】

実質的な塑性変形
実質的な塑性変形は、少なくとも約１mmの直線寸法の長さ変化、または少なくとも約０．０１ラジアンの角度寸法の変化をもたらすワークピースの塑性変形である。

【0122】

バルク成形対シート成形
成形（変形）プロセスは、好都合には、バルク成形プロセスおよびシート成形プロセスの２つの大きいグループに分類することができる。バルク成形プロセスでは、初期ワークピースは、ビレット、ロッド、またはスラブなどのように、体積に対する表面積の比率が低い。シート成形プロセスでは、初期ワークピースは、体積（シート材料）に対する表面積の比率が高い。表IIIは、バルク成形とシート成形とを区別するいくつかの属性を列挙している。

【0123】

バルク成形（バルク変形）は、体積に対する表面積の比率が低い原料またはワークピース（バルク材料）の使用を指す。圧延、鍛造、押出および絞りは、バルク成形プロセスの例である。バルク成形では、体積に対する表面積の比率が著しく増加し得る。対照的に、シート成形（シート変形）は、体積に対する表面積の比率が高い原料またはワークピース（シート材料）の使用を指す。曲げ加工、折り畳み加工、延伸加工、フランジング加工、絞り加工、および輪郭加工は、一般的なシート成形プロセスの例であるが、これらの成形プロセスはバルク材料にも同様に適用することができる。シート成形において、体積に対する表面積の比率は、それほど変化しない。

【0124】

２つのタイプのプロセス間の重要な違いは、バルク成形では塑性変形によって固体材料のある形状が別の形状に変化し、最初は低かった体積に対する表面積の比率が大幅に増加することである。対照的に、シート成形は、材料の幾何学的形状を変化させる力を加えるが、典型的にはその形状を大きくは変化させず、最初に高かった体積に対する表面積の比率もそれほど変化しない。弾性変形対塑性変形の比は、バルク成形では一般に低いが、シート成形では、弾性変形の量は、塑性変形と同程度またはそれ以上である場合がある。バルク成形において、投入材料は、体積に対する表面積の比率が一般に低い形態（例えば、体積に対する表面積の比率が低いビレット、ロッド、ワイヤ、バー、スラブ、または部分的に成形されたワークピース）であり、バルク成形プロセスにおいて表面積対体積比のかなりの増加が生じる。シート成形では、体積に対する表面積の比率が高いシートブランクは、一般にシート全体の厚さおよび表面特性に大きな変化なしに、体積に対する表面積の比率の大きな増加もなしに、より複雑な３次元構成に塑性変形する。

【0125】

ASTM規格は、板を厚さ５．００mm超、幅２５０mm超の材料として定義している。シート材料は、厚さ５．００mm未満、幅６００mm以上の材料である。ストリップは、厚さ５．００mm未満、幅６００mm未満の冷間圧延シート材料である。バーは、すべてのサイズの円形、正方形、および六角形、ならびに指定された厚さが５mmを超え、指定された幅が１５０mmを超えない平坦部、ならびに指定された厚さが６mmを超え、指定された幅が１５０mm以上２００mm以下の平板を含む。

【0126】

【表3】

【0127】

潤滑剤
潤滑剤は、摩擦および摩耗を低減し、ワークピースからダイへの熱伝達を低減する遮熱材として機能するため、およびダイ内で部品が粘着するのを防止する離型剤として機能するために成形時に使用される。潤滑剤は、液体、固体、または粉末固体であってもよい。成形に用いられる固体潤滑剤としては、黒鉛、モリブデン化合物、窒化ホウ素等が挙げられる。液体潤滑剤の例としては、水、切削液、石油製品、合成流体、および天然源由来の油、例えばオリーブ油、ベニバナ油、または任意の他の生物由来の油が挙げられる。液体窒素などの冷却剤は、潤滑剤としても機能し得る。潤滑剤が気化すると、それはまた、酸素および二酸化炭素などの周囲ガスを置換する反応性または不活性雰囲気の供給源であってもよい。液体形態であるか蒸気形態であるかにかかわらず、潤滑剤はまた、選択された材料変換のための所望の結合材料の供給源として機能し得る。

【0128】

成形力
流れ応力は、材料の連続的な塑性変形を誘発または維持するために加えなければならない単位面積当たりの力の尺度である。加えられた力（ネッキングなしの一軸引張および膨らみなしの一軸圧縮）が、適用される条件下で材料の降伏応力または流れ応力の値に達すると、材料は流動（塑性変形）を開始する。流れ応力（Y）は、温度（T）、歪み（ε）、および歪み速度（εの上にドット）の関数として表すことができる。

【0129】

【数1】

【0130】

材料の再結晶温度より高い温度で金属を形成する場合、流れ応力に対する絶対歪みの影響は小さく、歪み速度の影響は大きい。材料の流れ応力は、通常、歪み、歪み速度、および温度条件の所望の組み合わせに対して実験的に決定される。公開された応力歪み曲線が既に存在する場合、必要な力は、所望の歪み速度および温度に対する応力歪み曲線から直接推定することができる。最も一般的に使用されている市販のチタン合金Ti－６Al－４Vの応力－歪み曲線を図１７に示す。チタン合金６２４６は、熱処理可能で深い硬化性な別のアルファ－ベータチタン合金であり、機械的強度が高く、使用中に４６０℃まで優れた特性を保持するため、航空機エンジンなどの高温の就航環境で有用である。チタン合金Ti－６２４６について測定した応力－歪み曲線を図１８に示す。応力－歪み曲線は、膨大な数の金属、金属合金、セラミック、プラスチック、ガラス、および他の材料について知られている。

【0131】

流れ応力（Y）は、塑性変形に必要な全成形力（F）の最大の決定因子である。しかしながら、必要とされる力は、鍛造動作の場合のように、金属がダイ内に流れ込まなければならないときの摩擦によって増加する。より大きな摩擦面およびより複雑なダイ形状は両方とも、より大きな摩擦をもたらす。次いで、Fは、以下のように推定することができる。

【0132】

F＝Y＊A＊K

【0133】

ここで、Yは所望の鍛造温度および歪み速度で材料の塑性変形を誘発または維持するために必要な流れ応力（単位面積当たりの力）であり、Aは鍛造の投影面積（バリを含む）であり、Kは形状の複雑さに合わせて調整された摩擦係数である。バリのない単純な形状の場合、Kは１～５の範囲にある。バリの存在は、Kをさらに１～３ポイント増加させ得る。より複雑な形状の場合、Kは８～１２の範囲であってもよい。

【0134】

降伏強度は、それを超えると完全な弾性回復がもはや起こらず、塑性変形が始まる流れ応力であり、図１９の材料の応力－歪み線図に示すような応力－歪み曲線の降伏点Yに対応する。

【0135】

したがって、SCOFAST機械内では、塑性変形をもたらす動作を実行する各ツールは、摩擦効果のために調整された、所望の変形の温度および歪み速度でワークピース材料の領域にわたって適用される材料の降伏強度よりも大きい全成形力Fを適用または受けなければならない。

【0136】

所望の温度での特定の金属材料の公称降伏強度は、表IVに示すように、材料の比熱および２つの温度でのヤング率の測定を考慮して、任意の他の温度での既知の降伏強度から推定することができる。

【0137】

【表4】

【0138】

この式の導出は、W．Li、X．Zhang、H．Kou、R．Wang、およびD．Fangによる「Theoretical prediction of temperature dependent yield strength for metallic materials」、International Journal of Mechanical Sciences、vol．１０５、２７３－２７８ページ、２０１６年１月、doi：１０．１０１６／j．ijmecsci．２０１５．１１．０１７（Li他、２０１６年）に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。

【0139】

ヤング率は任意の温度で容易に測定され、材料の比熱は容易に見つけられ、または容易に測定されるので、任意の温度における予測降伏強度は容易に推定される。いくつかの一般的な材料の室温における実験的降伏強度を表Vに示す。

【0140】

【表5】

【0141】

SCOFAST機械動作で適用および受けなければならない実際の力は、歪み速度および存在し得る摩擦効果に依存する量だけ、材料の公称降伏強度よりも大きくなる。

【0142】

チタンの成形
より遅い変形速度は、より遅い速度がより低い歪み速度に対応するので、チタンおよび他のエキゾチック合金を成形するときに有利であり得る。特定のチタングレードまたは合金が所与の温度で形成され得る程度は、その温度での引張試験におけるその均一な伸びに反映される。均一な伸びは、合金が破砕することなく耐えることができる最小曲げ半径および最大伸びを決定付ける。この点において、焼鈍されたグレード１、グレード１１およびグレード１７は、最大成形性を示す。これらの後にグレード２、７、１６、３、１２、４および５が続く。ASTM規格（B２６５）によって定義される、シートおよびプレート製品形態のこれらの合金の曲げ半径を表VIに示す。

【0143】

【表6】

【0144】

より小さい半径は、材料の降伏強度を低下させ、粒子流を改善するために加熱することによって達成することができる。任意の所与のグレードのチタンの最小曲げ半径は、そのグレードのASTM規定の曲げ半径の約半分である。

【0145】

室温で成形する場合、成形後のチタンのスプリングバックにより、内曲げ角で１５度～２５度の損失が見込まれる。合金の強度が高いほど、予想されるスプリングバックの程度は大きくなる。スプリングバックの補償は、オーバーフォーミングによって行われる。冷間成形チタン合金部品の熱間サイジングも使用することができる。高温サイジング温度が応力緩和を可能にするのに十分高い場合、高温サイジングは実質的にスプリングバックを排除することができる。

【0146】

他の金属と同様に、チタンの延性は温度と共に増加し、室温では不可能な高温での成形動作を可能にする。焼鈍グレード５シートの曲げ半径に対する高温の効果を表VIIに示す。

【0147】

【表7】

【0148】

約６２５℃～６７５℃でグレード５を成形するとスプリングバックは実質的になくなり、重要な機械的特性はその温度で悪影響を受けない。約５５０℃を超える温度では表面の酸化が要因となることがあり、保護流体、ガスもしくは蒸気の保護、またはその後のスケール除去が必要となる。熱間成形のための加熱は、誘導コイル、炉、放射加熱、直接火炎衝突、レーザ、または他の方法によって達成することができる。表面チェックおよび内部応力を防止するために、加熱された金属を均一に冷却するための対策が必要とされる場合がある。温間成形部品または熱間成形部品の熱収縮を調整する必要がある場合がある。

【0149】

絞り潤滑剤
従来の成形潤滑剤は、一般に、チタンと共に使用すると効果的ではない。有効な潤滑剤には、ドライフィルムまたは剥離可能な形態のポリエチレンまたはポリプロピレン、窒化ホウ素、高圧グリース油、およびPTFEを含む二硫化モリブデンを含有するトリクロロエチレン中のアクリル樹脂の懸濁液が含まれる。

【0150】

チタンを高温で絞ることによって、より深い絞り、より低い負荷および完成部品のより少ない歪みが得られる。２００°～３２５℃の範囲の温度は、非合金チタンにとって好ましい場合がある。延性が低く、室温での延伸が困難なグレード５などのチタン合金は、多くの場合、４８０°～６５０℃の範囲の高温で絞ることができる。熱間成形潤滑剤は、グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、または他の適切な材料を含有してもよく、リン酸亜鉛変換コーティングの上に塗布されてもよい。

【0151】

鍛造
鍛造は、力を加えることによってワークピースの制御されたバルク塑性変形をもたらすことを意味する。鍛造プロセスでは、材料を絞る（長さが増加して断面積が減少する）、アップセット（長さが減少して断面積が増加する）、または開放もしくは閉鎖圧縮型にプレスもしくは圧搾することができる（多方向流）。鍛造品は、一般に、同じ材料の鋳造部品と比較して、より高い強度対重量比を有する。これは、鍛造がより緻密な微細構造、より明確な結晶粒パターン、および気孔率の減少をもたらし、そのような部品を鋳造よりもはるかに強くするという事実に起因する。したがって、鍛造され、続いて機械加工される部品は、鋳造品から機械加工される部品と比較して有利な性能包絡線を有する。SCOFAST機械内では、鋳造または３D印刷された部品は、有利にはその後鍛造および／または機械加工され得る。

【0152】

鍛造動作は、熱エネルギーの追加または除去の有無にかかわらず実行することができる。鍛造プロセスは、様々な温度で行うことができる。しかしながら、それらは一般に、金属温度が鍛造される材料の再結晶温度より高いか低いかによって分類される。温度が材料の再結晶温度を上回る場合、それは熱間鍛造とみなされる。温度がケルビンスケールなどの絶対スケールで材料の再結晶温度より低いが再結晶温度の３０％より高い場合、それは温間鍛造と呼ばれる。温度が絶対スケールで再結晶温度の３０％未満である場合、冷間鍛造とみなされる。

【0153】

鍛造は、同等の鋳造または機械加工されたピースよりも強い部品を製造することができる。鍛造プロセス中に金属が成形されると、その内部粒子組織は部品の一般的な形状に追従するように変形する。その結果、テクスチャの変化が部品全体にわたって連続し、改善された強度特性を有するピースをもたらす。多くの材料は冷間鍛造され得るが、鉄、鋼、チタンなどのより強靭な金属は熱間鍛造されることが多い。熱間鍛造は、冷間成形と比較して、必要な力が著しく少なく、加工硬化が著しく少なくなり、その後の機械加工動作が容易になる。硬化が望まれる場合、加熱とそれに続く時間的に制御された冷却など、ピースを硬化させる他の方法を使用することができる。

【0154】

SCOFAST機械内で鍛造動作を実行するための特定の機械要素の設計は、図２０の鍛造における設備変数およびプロセス変数に示すように、多くの要因に依存する。SCOFAST機械に有利に組み込まれ得る鍛造要素の設計、選択、および統合の多くの態様は、Altan，T．およびShirgaokar，Mの「Selection of Forging Equipment」（AltanおよびShirgaokar）に提示されており、参照により本明細書に組み込まれる。

【0155】

実質的な鍛造
実質的な鍛造は、ワークピースの寸法に１mm程度以上の寸法変化をもたらす鍛造である。

【0156】

グレード５チタンビレット鍛造試験
グレード５チタンビレット鍛造試験は、直径０．５インチ、長さ０．７５インチのグレード５チタンの円筒形ビレットを最初に加熱し、次いでアップセット鍛造することからなる。試験では、誘導加熱器がビレットの温度を約９００Cに上昇させ、鍛造プレスがビレットを仕上げ長さ約０．５インチまでアップセット鍛造するのに十分な力を加える。

【0157】

ダイ鍛造
ダイ間の材料の圧縮変形。Forchineでは、主スピンドルコレットの面は、閉じたダイの一方の面として機能することができる。

【0158】

冷間鍛造
冷間鍛造は、絶対スケールでその再結晶温度の３０％未満の温度で金属の塑性変形を誘発するための力の適用である。冷間成形は、ほとんどの場合、周囲温度で行われる。冷間鍛造は、延性を低下させながら、引張強度、降伏強度、および硬度を増加させる。延性を改善し、残留表面応力を低減するために、冷間鍛造後にワークピースを熱処理することができる。

【0159】

温間鍛造
再結晶温度未満であるが（絶対スケールで）再結晶温度の３０％を超える上昇した成形温度は、塑性変形を達成するために必要な力を減少させる可能性があり、ワークピースが成形中に硬化する程度にも影響を及ぼす可能性がある。

【0160】

熱間鍛造
熱間鍛造は、ワークピースを再結晶温度より高く加熱し、所望の形状に変形させる力を加えることにより行われる。プロセス全体の熱プロファイルが新たに鍛造された部品の冶金学的および構造的特性に強く影響する可能性があり、また温度がダイ寿命、潤滑の必要性、および部品品質に強く影響するため、温度制御が重要であり得る。所望の結果を達成するために、出発材料温度、ダイ投入温度、ダイ温度、およびインプロセス温度（成形プロセス中の金属または他の材料の温度）を含むいくつかの温度が一般に測定および制御される。

【0161】

熱間鍛造の最適温度は、基材、鍛造される部品の形状、利用可能な鍛造力、および所望の歪み速度に依存する。最良の結果を得るためには、一定量の反復試験が必要である。様々な金属を鍛造するための公称温度の範囲を表VIIIに示す。

【0162】

【表8】

【0163】

所与の材料の熱間加工温度の下限は、その再結晶温度によっておおよそ決定され、これは通常、絶対温度スケールでその材料の溶融温度の約６０％である。熱間加工の上限は、酸化、粒成長、または望ましくない相変態などの複数の冶金的因子によって決定される。実際には、材料は通常、最初に上限まで加熱されて流れ応力を可能な限り低減し、熱間加工に利用可能な時間量を最大にする。熱間鍛造は、ワークピースの表面での酸化および他の望ましくない反応を最小限に抑えるために、または表面処理などの所望の反応を促進するために、制御された雰囲気で実施することができる。

【0164】

鍛造が行われる温度は、材料および用途によって異なる。例えば、鋼中の冷間成形は、０～６５０Cの温度で行われることが多い。このプロセスは、主に低炭素鋼に有用であり、回転形状に適用される場合に最も効果的である。鋼中の温間鍛造は、６５０C～９５０Cの温度で行われることが多い。温間鍛造は、任意の鋼で使用することができるが、やはり軸対称形状に適用される場合に最も効果的である。９５０Cを超える温度では、熱間鍛造は任意の鋼に使用することができ、任意の形状に効果的である。これらの動作のいずれかまたはすべては、SCOFAST機械で実行されてもよい。

【0165】

特定の材料および特定の部品については、部品を複数回加熱および鍛造することができ、プロセスにおいて複数のダイを使用することができる。例えば、ワークピースは、原料から最終形態に進行する一連のダイを使用して鍛造されてもよく、各インプレッションは、後のキャビティ（「エッジング」、「充填」、または「曲げ」）の必要性に応じて粗形状に金属を流す。ピースは、連続するダイキャビティ（「遮断」キャビティ）を通って最終製品により近い形状に徐々に加工される。

【0166】

熱劣化はツール寿命の重要な要素である。すなわち、より迅速な鍛造は、より低い接触時間およびより少ないツール加熱をもたらし、ツール寿命を倍にする可能性がある。逆に、等温鍛造では、鍛造中の部品の表面冷却を回避するために、ダイはビレットの温度程度まで加熱される。表面冷却に非常に敏感な超合金および特定の他の金属を鍛造するために、等温鍛造が必要である。

【0167】

典型的なダイ鍛造成形ワークフローは、鍛造後の部品の誘導加熱、供給、位置決め、操作、および熱処理を伴うことが多い。これらの工程は、SCOFAST機械で容易に実行され、その場合、それらの工程の前または後に機械加工動作および本明細書に記載の他のSCOFAST－LIMIT動作が行われてもよい。

【0168】

オープンダイ鍛造とクローズドダイ鍛造は区別される。オープンダイ鍛造では、金属はダイによって不完全に拘束される。クローズドダイ鍛造（インプレッション鍛造、「バリなし鍛造」、または「真のクローズドダイ鍛造、」）では、金属はダイ半分間に拘束され、ダイキャビティは完全に閉じられて、鍛造されたワークピースが廃棄バリを形成するのを防止する。

【0169】

ダイ鍛造の変形形態は、液体金属から鍛造プリフォームを鋳造することを含む。鋳造物が凝固した後（ただし、まだ熱いうちに）、機械加工および他の仕上げ動作の前にダイ内でほぼ最終的な形状に鍛造される。鍛造は、材料の機械的特性を改善し、鋳造が困難な特徴を追加することができる。ダイ鍛造の別の変形形態は、鋳造前に所望のプリフォーム形状が構築される成形コレクタに金属液滴を噴霧することによってプリフォームを作成することを含む。

【0170】

任意の固体金属または合金を鍛造することができる。各材料の特性は、鍛造の困難さおよび結果に強く影響する。最も容易に鍛造される一般的な材料は、アルミニウム、銅、およびマグネシウムである。鋼、ニッケル、およびチタン合金を鍛造するためには、より大きな力が必要である。重要な因子には、鍛造が起こる温度範囲内の材料の分子組成、結晶構造および機械的特性が含まれる。例えば、フェライトからより延性の高いオーステナイトへの遷移を促進するのに十分に鋼を加熱すると、鍛造に必要な力が大幅に減少する。

【0171】

衝撃鍛造
衝撃鍛造（例えば、ドロップ鍛造またはハンマー鍛造）では、変形に必要なエネルギーは、ハンマーなどの質量の急速な減速によってワークピースに伝達される。衝撃ダイ鍛造では、ワークピース材料が徐々にダイの形状に流れ込むように、ダイ力に逆らって繰り返しブローする。クローズドダイ鍛造では、ダイの半分が最終的に出会うまでブローが続く。衝撃質量（ハンマー）は、材料を徐々に変形させてダイを閉じるために１回または複数回のブローを送達する。衝撃鍛造装置は、衝撃後にある程度の力を加え続けることができる。

【0172】

プレス鍛造
プレス鍛造は、ドロップ鍛造（ドロップハンマー鍛造）における衝撃力の迅速な適用とは対照的に、連続的な圧力または力をゆっくり加えることによって機能する。鍛造ダイは、単一の高圧ストロークで閉じられる。力は、スクリュー駆動装置、油圧シリンダ、または他の手段によって生成され得る。プレス鍛造におけるゆっくりとした力の適用は、より低い歪み速度をもたらし、ハンマー鍛造と比較した場合に部品の内部をより均一に加工する傾向がある。成形時間は３０ミリ秒～数秒である。プレスは、初期の衝撃を介していくらかの量のエネルギーを伝達し、続いてより重要な静的力を加えることができる。

【0173】

二重プレスは対向するラムを有し、二重のダブルアクションプレスは対向するラムを有し、各々は、内側の一対のプランジャが一緒になってワークピースを所定の位置に保持するように構成された追加の内側プランジャを有し、一方、外側の一対のプランジャは、その後、押圧力を提供するように作動される。上下のダブルアクションを有する油圧プレスの要素は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第８０８２７７１号明細書に記載されている。横方向押出に有用な油圧プレスの要素は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許出願公開第２００４０１２９０５３号明細書に記載されている。

【0174】

SCOFAST機械内に組み込まれる場合、ワークピースは水平なベッド上で重力によって保持されるのではなく所定の位置に保持されるため、ダブルアクション油圧プレスは垂直に整列し続けることができ、または任意の角度だけ回転することができる。このように使用される場合、内側の一対のプランジャは、ワークホルダ内に既に固定されているワークピースに当接するように延在し、したがって、ワークピースの位置決め支持体としてではなくロケータとして機能する。したがって、外側プランジャが作動されると、力はワークピースに対して同心であり、ワークホルダおよびマシニングセンタを通って伝達されるのではなく、プレスモジュールの構造部材によって完全に受け取られる。

【0175】

SCOFAST機械内では、プレスは、機械制御下でマシニングセンタおよびワークピースに対して移動することができる。

【0176】

別の観点から、ミリングセンタの機能要素をプレス機に追加して、プレス機能とミリング機能の両方を有するSCOFAST機械を形成することができ、要素は、機械加工ワークピースホルダがプレスのプレス（ベーリング）コンパートメント内にワークピースを保持し、すべての機械加工ツールがその中のワークピースを支持することができるように配置される。そのようなプレスは、粉末製品成形、プラスチック製品成形、押出金属成形（低温または高温）、シート絞り、横方向プレス、曲げ、浸透、および矯正プロセスに一般的に使用される。したがって、このように構成されたSCOFAST機械では、プレスで行うことができる任意の動作を行うことができ、通常プレスで行われる動作と通常マシニングセンタで行われる動作とを組み合わせることができる。

【0177】

アップセット鍛造
アップセット鍛造は、ワークピースの長さを圧縮することによってワークピースの直径を増加させるプロセスであり、これにより、より小さい直径のバーの長さをより短い長さのより大きい直径のバーに変換することができる。アップセットプロセスでは、ハンマーまたはラムがロッドまたはステムの端部に力を加えて、端部を広げて形状を変化させる。この技術は、部品が小径バーよりも大きい特定の特徴を有する場合、小径バーから部品を製造するのに適している。エンジンバルブ、カップリング、ボルト、ねじ、および他の締結具は、この技術を使用して容易に製造される部品の例である。

【0178】

アップセット鍛造は、通常は垂直または水平に整列されるクランクプレスまたは油圧プレスで行われることが多いが、任意の方向に整列されてもよい。ワークピースは、任意のサイズのワイヤ、ロッド、またはバー材であり、アップセットに必要な力は、ワークピースの直径と共に増加する。一連のアップセット動作は、複数のキャビティを含む分割ダイを使用することができ、ダイ開口部およびワークピースは、１つのキャビティから別のキャビティに移動して連続動作が行われ、段階的に所望の形状を製造する。

【0179】

SCOFAST機械の動作としてアップセット鍛造を実行する場合、特定の考慮事項が重要である。有害な座屈なしに１回のブローでアップセットすることができる支持されていない金属の長さは、バーの直径の３倍と推定される。直径の３倍を超えるストックの長さは、アップセットの直径がストックの直径の１．５倍以下であるという条件で、支持なしで首尾よくアップセットすることができる。ストックの直径の３倍を超えるストック長さを必要とするアップセットにおいて、キャビティの直径がストックの直径の１．５倍以下である場合、ダイの面を超える非支持金属の長さは、一般に、バーの直径を超えるべきではない。長尺のボルトにボルト頭部を形成する場合、ボルトシャフトを支持するダイを用いてもよい。アップセット鍛造後の最終直径は、元のバー材の直径の何倍も大きくすることができる。

【0180】

ドロップハンマー鍛造
ドロップハンマー鍛造は、金属を鍛造または打ち抜くために、持ち上げられ、次いで金属上に落とされるハンマーと整列されたアンビルまたはベースによる鍛造である。このプロセスは、その塑性成形性を高めるために加熱された金属と共に使用されることが最も多い。

【0181】

多方向鍛造
多方向鍛造は、プレスの力軸をワークピースに対して傾斜させて、ワークピースの主面によって画定された軸以外の任意の軸に沿って力を加える技術である。

【0182】

ロール鍛造
ロール鍛造は、断面積を減少させ、同時に、加熱されたバー、ビレット、またはプレートの形状を変化させるプロセスである。ワークピースは、対向するロールを通過して金属部品を形成する。ロール鍛造およびロール成形の両方は、材料の形状を変更するためにロールを使用するが、ロール鍛造は、バルク材料の寸法を変更する金属鍛造プロセスであり、ロール成形は、その寸法を大幅に変更することなくワークピースの形状を変更する金属成形プロセスである。これらの用語は、時々互換的に使用される。

【0183】

ロール鍛造は、成形された溝を有する２つの円筒形または半円筒形ロールの間にワークピースを通過させる。これらの溝の正確に成形された幾何学的形状は、部品を指定された寸法に鍛造する。ロール鍛造では、ワークピースの厚さが減少し、長さが増加する。このプロセス中に生じる粒整列のために、ロール鍛造は、多くの他のプロセスによって得られるものよりも優れた機械的特性を有する部品を製造することができる。

【0184】

転動リング鍛造
転動リング成形は、ベアリングレースおよび大型リングギアなどの継ぎ目のない円形部品を製造するプロセスである。

【0185】

ネットシェイプ鍛造
ネットシェイプ鍛造は、最終形状を達成するための追加の機械加工を必要とせずに、鍛造によって形状が完全に作り出される最終ピースの製造である。

【0186】

ニアネットシェイプ鍛造
ニアネットシェイプ鍛造は、製造する最終部品と同様の形状を有するワークピースの製造である。最終形状を達成するために、鍛造ワークピースを修正するための追加の動作が必要とされる。空間的コヒーレンスの維持および取り扱いの減少のために、SCOFAST機械でそのような動作を実行することが特に有利である。

【0187】

成形
ロール成形
ロール成形は、ロールフォーミングとも呼ばれ、材料の厚さを大幅に変えることなく、材料を所望の断面に連続的に曲げることを含むタイプの圧延である。ロール成形は、ここではロール鍛造とは区別される。ロール鍛造およびロール成形の両方は、材料の形状を変更するためにロールを使用するが、ロール鍛造はバルク材料の寸法を変更し、ロール成形は、その寸法を大幅に変更することなくワークピースの形状を変更する。これらの用語は、時々互換的に使用される。ロール成形およびロール鍛造の両方は、SCOFAST機械に容易に組み込まれる。

【0188】

ロール成形において、材料は、１つまたは複数の連続したロールのセットを通過するか、または各パスに対してわずかに異なるロール形状を有する同じロールを複数回通過し、各パスは、所望のプロファイルが得られるまで所望の曲げパターンの増分部分を実行する。幾何学的可能性は広く、断面が均一である限り、囲まれた形状を含むことができる。ロール成形の目的はワークピースの寸法を変更することではないが、寸法は偶発的に変更される可能性があり、ロール成形は加工硬化、マイクロクラック、または曲げ部の薄肉化を引き起こすことによってワークピースの材料特性を変更する可能性がある。

【0189】

ロール曲げ加工
ロール曲げ加工は、バー、チューブ、シート、または他のワークピースを円弧状に曲げるように構成された一連のローラに材料を通すプロセスである。単純なロール曲げ治具内で、３つのローラは、均一な水平間隔で配置された３つの平行軸の周りを自由に回転する。２つの外側ローラが材料の底部を支え、内側の調整可能なローラが材料の上面に力を加える。

【0190】

ワークピースがローラを通って移動すると、内側ローラが下降してワークピースに押し付けられ、バーが塑性変形と弾性変形の両方を受ける。ローラ間のバーの部分は、円弧を近似する３次多項式の形状をとる。ワークピースが前進するにつれて、各点におけるローラ間のバーの部分は、バーの隣接する部分によって課される端部条件によって修正された３次曲線の形状をとる。バーのいずれかの端部に達すると、中央ローラに加えられる力が増加し、ローラの方向が反転してワークピースをローラに逆方向に通す。プロセスを継続すると、ワークピースは徐々に完全な円弧となる。

【0191】

ねじ山転造加工およびローレット加工
ねじ山転造加工は、特殊なダイを使用した塑性変形によるねじ山の形成であり、ローレット加工は、表面溝の形成であり、滑らかな表面に把持テクスチャを提供する。

【0192】

絞り加工
絞り加工は、金属、ガラス、セラミック、またはプラスチックなどの変形可能な材料を引き伸ばすために引張力を使用する金属加工プロセスである。材料は絞られるにつれて薄くなる。シート材料を絞るとき、力が加えられて、湾曲した軸または表面にわたって塑性変形を生じさせる。ワイヤ、バー、またはチューブを絞る場合、張力が使用して材料を縮径ダイに通して絞り、直径を減らし、長さを増やす。絞り加工は、高温で行ってもよいし、低温で行ってもよい。絞り加工の製造例としては、深絞り加工、浅絞り加工、バー絞り加工、チューブ絞り加工、ワイヤ絞り加工、熱絞り加工、および繊維絞り加工が挙げられるが、これらに限定されない。

【0193】

スウェージング加工
スウェージング加工は、物品が押し込まれる圧縮ダイを使用してワークピースの寸法を変更するプロセスである。スウェージング加工を使用して、１つの要素を別の要素の中または周囲に圧縮し、それらを互いに固定することができる。スウェージング加工の製造例としては、チューブスウェージング、ロータリースウェージング（ローラスウェージング）、突合せスウェージング、および熱スウェージングが挙げられるが、これらに限定されない。

【0194】

ハイドロフォーミング
ハイドロフォーミングは、高圧の作動流体を使用して加工材料をダイにプレスする特殊なタイプのダイ成形である。ハイドロフォーミングのいくつかの変形例では、液体は、ハイドロプレス成形の場合のように、ブラダに閉じ込められる（屈曲成形）か、またはエラストマーブランケットの背後に隔離される。ハイドロフォーミングに有用ないくつかの技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許出願公開第２７１３３１４号明細書に記載されている。

【0195】

延伸成形
延伸成形は、加熱された金属シートを金型上に延伸し、その後、金型の形状に保持しながら冷却する熱間または温間成形技術である。

【0196】

ゴムパッド成形
ゴムパッド成形は、シート材料がダイと、ポリウレタンで作られることが多い１つまたは複数の弾性パッドとの間でプレスされる金属加工プロセスである。力が加えられて弾性パッドをシート材料に押し付け、これがダイ内に打ち込まれ、ダイの輪郭に適合するように押し付けられ、したがって所望の部品が成形される。弾性パッドは、汎用形状を有することができ、または弾性ダイもしくはパンチを成形するように機械加工することができる。

【0197】

爆発成形
爆発成形は、爆発性チャージを使用して成形力を生成する金属加工技術である。

【0198】

電磁成形
電磁成形（EM(electromagnetic)成形または磁気成形）は、導電性金属、最も一般的には銅およびアルミニウムの高速冷間成形プロセスの一種である。ワークピースは、ワークピース内に電流を誘導する高強度パルス磁場および対応する反発磁場によって再成形され、ワークピースの部分を反発させる。ワークピースは、ツールと接触させずに再成形することができるが、場合によっては、ピースをダイまたは成形機に押し付けることができる。この技術は、高速成形または電磁パルス技術と呼ばれることもある。

【0199】

電磁成形を実行するために、特別な重いワークコイルが金属ワークピースの近くに配置されると、システムは強い電流パルスを放出し、コイルの変動電流は変動磁場を生成する。変化する磁場は、電磁誘導によって近くの導電性ワークピース内に循環電流を誘導する。導体内の誘導電流は、導体の周りに対応する磁場を生成する。レンツの法則のために、導体およびワークコイル内に生成された磁場は、互いに強く反発する。この反発力は、ワークピースをダイに押し付ける働きをする。成形中、磁気パルスおよび極端な変形速度は、金属を粘塑性状態に変換し、材料の本来の強度に直接影響を及ぼすことなく成形性を高める。高い作業コイル電流（典型的には数万または数十万アンペア）は、金属ワークピースの降伏強度を容易に克服する超強力な磁力を作り出し、永久変形を引き起こす。金属成形プロセスは非常に迅速に（典型的には数十マイクロ秒）起こり、大きな力のために、ワークピースの一部は最大３００m／sの速度に達する高い加速を受ける。

【0200】

高温金属ガス成形
高温金属ガス成形(HMGF：Hot metal gas forming)は、金属チューブをその融点付近であるがそれ未満の柔軟な状態に加熱し、次いでガスによって内部を加圧し、チューブを包囲するダイキャビティによって画定される形状にチューブの外側を成形するダイ成形の方法である。高温は、金属が破断することなく伸長することを可能にする。

【0201】

曲げ加工
曲げ加工
曲げ加工に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第４３０９６００号明細書、米国特許出願公開第４３５６７１８号明細書、米国特許出願公開第４９７９３８５号明細書、米国特許出願公開第５００７２６４号明細書、米国特許第６４３４９９３号明細書、および米国特許第６４４６４８２号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0202】

２点曲げ加工
２点曲げ加工は、２つのダイ間の材料に力を加える製造プロセスであり、延性材料において直線軸に沿ってV字形、U字形、またはチャネル形状の曲げを生成することが最も多い。２つのダイは、曲げ部の底部を形成する材料の寸法と少なくとも同じ長さを有する。一方のダイ（「パンチ」）は、曲げ部の内側半径が形成される曲げ部の底部に沿ってワークピースと接触する丸みを帯びた先端を有する。他方のダイ（「ダイ」）は、曲げ部の外側半径が形成されるV、U、またはチャネル形状を成形するノッチを有する。

【0203】

空気曲げ加工
空気曲げ加工は、パンチがワークピースに押し付けられて、外側ダイの上縁に接触し、パンチによってダイに押し込まれるが、ワークピースが外側ダイの底部に接触することはない曲げ技術である。次いで、曲げ部の形状は、ワークピース内の張力、材料の延性、パンチ半径の形状、ダイ内のギャップの幅、およびパンチが押圧される深さによって画定されるが、ダイの底部の形状によっては画定されない。底部ダイチャネル形状は曲げ部の形状に影響を及ぼさないので、V字形または正方形の開口部のいずれかを底部ダイに使用することができる。空気曲げ加工は、他の関連する曲げ技術よりも必要とする曲げ力が少ない。

【0204】

ボトミング加工
ボトミング加工は、パンチがワークピースを底部ダイの開口部の底部に押し付ける曲げ技術である。パンチおよびダイは、パンチが底に達してワークピースが完全に形成されたときにワークピースの厚さを収容するように正確に成形される。

【0205】

圧印加工
圧印加工はボトミング加工と同様である。材料は高い力で底部ダイに押し込まれ、シート全体に塑性変形を引き起こし、弾性回復は最小限である。圧印加工は、非常に狭い半径を生成することができる。

【0206】

３点曲げ加工
３点曲げ加工は、高さ調整可能な底ツールを備えたダイを使用して０．２５度の精度で曲げ角度を達成する高精度の技術である。

【0207】

折り畳み加工
折り畳み加工において、クランプビームは、シート材料の片側を保持し、固定ツールの周りにシートを折り畳むように移動して曲げプロファイルを作成し、正および負の曲げ角度を有する部品の製造を可能にする。ワイピング加工は、曲げ加工と同様であるが、固定クランプおよび移動ツールを用いて行われる。

【0208】

回転曲げ加工
回転曲げ加工は、最終的に形成された形状が切り込まれた自由に回転するシリンダと、適合する底部ダイとを備えるツールを使用する。シートと接触すると、成形プロセスがシートを曲げるにつれてツールが回転する。

【0209】

エラストマー曲げ加工
エラストマー曲げ加工は、底部ダイの代わりに変形可能なパッドを使用する。

【0210】

矯正加工
矯正加工は、材料の軸が可能な限り直線になるように材料から曲げを除去するプロセスである。矯正に使用される１つの方法は、「バンピング」であり、これは、わずかに湾曲したバーにダイを使用して力を加えてバーの一部分を変形させ、バーの長い長さにわたって徐々に小量の湾曲を矯正するプロセスである。湾曲したバーを矯正する別の方法は、湾曲を除去するためにバーを熱間延伸することである。矯正の別の方法は、バーを直線ローラと凹状ローラとの間である角度で転動することで、バーを不均一な応力を打ち消すのに十分に屈曲させ、残留応力が均一になるように回転し、バー全体がローラを通過して端から端まで矯正されるように前進させる。バーはまた、残留応力を克服するのに必要な降伏強度を低減するために加熱されてもよい。

【0211】

矯正に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３０４７０４６号明細書、米国特許出願公開第６０７７３６９号明細書、および米国特許第８８３４６５３号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0212】

その他の成形
プレスブレーキ成形
プレスブレーキ成形は、シート材料の第１の部分をクランプしながら、第２の部分からその部分を引き離す線に沿って曲げ変形を誘発し、それにより、第２の部分が第１の部分に対して１８０度以外の角度をとるようにする装置を使用したシート成形である。

【0213】

流れ成形
流れ成形は、圧力を使用して１つまたは複数のローラによってマンドレル上に金属のディスクまたはチューブが形成される増分金属成形技術である。ローラは、ワークピースを変形させてマンドレルに押し付け、半径方向に薄くしながら軸方向に長くする。流れ成形チューブのいくつかの技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７６０１２３２号明細書に提示されている。

【0214】

エンボス加工
エンボス加工は、シート材料を浅い窪みに押し込んで延伸させる方法である。

【0215】

圧印加工
圧印加工は、パターンを材料に圧縮または圧搾する方法である。

【0216】

絞り加工
絞り加工は、材料の一部分が張力下で制御された材料の流れを介して異なる形状に延伸される方法である。SCOFAST機械内で有利に実行され得る絞り加工技術は、これらに限定されるものではないが、関連技術の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に、本明細書内に記載されているバー絞り、深絞り、繊維絞り、熱間絞り、浅絞り、チューブ絞り、ワイヤ絞り、および追加の例を含む。

【0217】

延伸加工
延伸加工は、シート材料の一部分の縁部が固定され、張力が表面に加えられ、固定された縁部の内側への動きなしに表面積の増加を引き起こす方法である。

【0218】

しごき加工
しごき加工は、シート材料の一部分を圧搾して薄肉化する方法である。

【0219】

縮径加工
縮径加工（ネッキング加工としても知られる）は、圧縮力を加えて、容器またはチューブの開口端の直径を徐々に縮小する方法である。

【0220】

カール加工
カール加工は、シート材料の一部分がドアヒンジなどのチューブ状プロファイルに変形される方法である。

【0221】

ヘミング加工
ヘミング加工は、シート材料の縁を折り重ねることにより、縁に沿って厚みを付加する方法である。

【0222】

せん断加工
せん断加工は、チップの形成を伴わない材料の機械的切断である。これは、多くの場合、０．０２５mm～２０mm（０．００１～０．８インチ）の材料を調製するために使用される。切断刃が直線状である場合、このプロセスはせん断加工と呼ばれる。

【0223】

ピアシング加工およびブランキング加工
ピアシング加工およびブランキング加工は、シート材料の支持された部分にツールを押し通し、材料に孔を開ける方法である。ピアシング動作では、打ち抜きはスカラップであり、残ったストリップはワークピースであるが、ブランキング動作はワークピースの打ち抜きを考慮する。両方の動作は、通常、何らかの形態の機械的プレスで行われる。

【0224】

溝形成
溝を形成する際に、中空または主要なキャビティを有するプリフォームされたワークピースが、プリフォーム内に最初には見られない表面特徴を有する密着ツールマンドレルの周りに固定される。マンドレルに面するローラ（典型的には両側に対で配置されるが必ずしもそういうわけではない）は、各々１つの軸の周りを回転し、それらの幾何学的形状およびツールマンドレルの幾何学的形状に従ってプリフォームに変形力を及ぼし、その円の最も外側の点に接触することによってワークピースの塑性変形を引き起こす。マンドレルは、回転するローラの周期と同期して回転し、それによりローラはワークピースと接触し、一連の連続した角度変位でワークピース上を軸方向に転がる。回転運動と同時に、マンドレルとローラとの間の軸方向関係が変化し、ローラの各回転において、ワークピースが軸方向のストロークで形成される。

【0225】

スピン溶接
スピン溶接は、成形動作と付加動作を組み合わせる。第１の部品は、２つの部品を一緒に押圧する力の適用および２つの部品間の摩擦を伴う相対運動によって第２の部品に接合され、部品の熱および塑性変形を生成し、続いて直接接触領域で溶融して２つの部品を一緒に溶接する。多くの場合、一方の部品は固定され、他方の部品は回転し、固定された部品に対する表面摩擦および研磨摩耗を引き起こす。２つの構成要素間の摩擦は熱を発生させ、接触面を変形および溶融させる。運動が停止すると、溶接継手は圧力下で再凝固する。この技術は、金属、セラミック、ガラス、および熱可塑性物質を含む多種多様な材料に適用可能である。この技術は、誘導加熱などの摩擦以外の手段によって予め加熱された２つの材料を接合するために使用することができ、スピン溶接に必要な力および速度を低減する。

【0226】

付加動作／堆積
付加製造は、材料の追加によってワークピースを作成するプロセスであり、新たにワークピースを作成するか、または既存のワークピースに材料を追加する。本明細書で定義される付加動作は、付加仕上げ動作を含む。製造における付加および関連する動作に有用ないくつかの技術は、米国特許文献の米国特許出願公開第１９３４８９１号明細書、米国特許出願公開第２８７１９１１号明細書、米国特許出願公開第３５５６８８８号明細書、米国特許出願公開第４０６６４８０号明細書、米国特許出願公開第４５７５３３０号明細書、米国特許出願公開第４６６５４９２号明細書、米国特許出願公開第４７５２３５２号明細書、米国特許出願公開第４８１８５６２号明細書、米国特許出願公開第４８４２１８６号明細書、米国特許出願公開第４８５７６９４号明細書、米国特許出願公開第４８６３５３８号明細書、米国特許出願公開第４９４４８１７号明細書、米国特許出願公開第４９６３６２７号明細書、米国特許出願公開第５０３８０１４号明細書、米国特許出願公開第５１２１３２９号明細書、米国特許出願公開第５２５７６５７号明細書、米国特許出願公開第５３０３１４１号明細書、米国特許出願公開第５３４０４３３号明細書、米国特許出願公開第５３８７３８０号明細書、米国特許出願公開第５３９８１９３号明細書、米国特許出願公開第５４２６９６４号明細書、米国特許出願公開第５５０６０４６号明細書、米国特許出願公開第５５１４２３２号明細書、米国特許出願公開第５５５５１７６号明細書、米国特許出願公開第５５７２４３１号明細書、米国特許出願公開第５５９０４５４号明細書、米国特許出願公開第５６２２２１６号明細書、米国特許出願公開第５６５８５２０号明細書、米国特許出願公開第５６６５４３９号明細書、米国特許出願公開第５７００４０６号明細書、米国特許出願公開第５７４００５１号明細書、米国特許出願公開第５８８１７９６号明細書、米国特許出願公開第５８８７６４０号明細書、米国特許出願公開第５９００２０７号明細書、米国特許出願公開第６０２８４１０号明細書、米国特許第６２５３１１６号明細書、米国特許第６２７４８３９号明細書、米国特許第６２８０７８４号明細書、米国特許第６２８０７８５号明細書、米国特許第６３７６１４８号明細書、米国特許第６４０５０９５号明細書、米国特許第６５１９５００号明細書、米国特許第６８２７２５１号明細書、米国特許第７０４０３７７号明細書、米国特許第７２９１３６４号明細書、米国特許第７９１７２４３号明細書、米国特許第７９６８６２６号明細書、米国特許第８０６６９２２号明細書、米国特許第８０７０４７３号明細書、米国特許第８１３２７４４号明細書、米国特許第８２１５３７１号明細書、米国特許第８３８３０２８号明細書、米国特許第８６５０９２６号明細書、米国特許第８７２６８０２号明細書、米国特許第８７６５０４５号明細書、米国特許第８８７６５１３号明細書、米国特許第８８８８９４０号明細書、米国特許第９０７９３３７号明細書、米国特許第９０８５０４１号明細書、米国特許第９１７４３８８号明細書、米国特許第９２１５８８２号明細書、米国特許第９５８６２９８号明細書、米国特許第９５９６７２０号明細書、米国特許第９６３６９４１号明細書、米国特許第１００１６９２１号明細書、米国特許第１００６５２４１号明細書、米国特許第１０１６６６０３号明細書、米国特許第１０４２１１４２号明細書、米国特許第１０４２７３５２号明細書、米国特許第１０４５６９７８号明細書、米国特許第１０４７８８９７号明細書、米国特許第１０５１８４９０号明細書、米国特許第１０５６２２２７号明細書、米国特許第１０６８８５８１号明細書、米国特許第１０６９６０３４号明細書、米国特許第１０８７５２８８号明細書、米国特許出願公開第２００６０００６１５７号明細書、米国特許出願公開第２００７０２５２３０５号明細書、米国特許出願公開第２００９００９０１６１号明細書、米国特許出願公開第２０１００３３０１４４号明細書、米国特許出願公開第２０１１００４５１１５号明細書、米国特許出願公開第２０１２００９２１０５号明細書、米国特許出願公開第２０１５０３０７３８５号明細書、米国特許第９２１５８８２号明細書、米国特許出願公開第２０１７０１２９１８０号明細書、米国特許出願公開第２０１８００６５２０８号明細書、米国特許出願公開第２０１８０３１８９３４号明細書、米国特許出願公開第２０１８０３２６５４７号明細書、および米国特許出願公開第２０２００３３１０６２号明細書に記載されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0227】

材料の添加によってワークピースを作成することができる多くの方法が知られている。ASTM F２７９２－１２aは、付加製造のための７つのプロセス分類、具体的にはバインダ噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融、シート積層、およびバット光重合を一般的に定義する。しかしながら、これらの広範なカテゴリの多くの変形形態、ならびにそれらのカテゴリの１つに容易に適合しない付加プロセスが存在する。いくつかの方法では、原料は所望の形状に押し出され、他の方法では、ワークピースの形状を画定する形状のキャビティまたは金型に注入、射出、または他の方法で流され、他の方法では、積層、噴霧、スパッタリング、または凝固などの反復的な付加のプロセスによって付加される。新しい材料をワークピースに追加することができる実質的に任意の方法は、SCOFAST機械内の動作として実行されてもよく、押出、引抜き、注入、鋳造、成形、凝固、凍結、溶接、ろう付け、融着、焼き嵌め、接着、３D印刷、噴霧、塗装、浸漬、および本明細書に記載されている追加の例による材料の追加、ならびに当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものを含む。

【0228】

付加製造に使用され、SCOFAST機械での使用に適した技術の例には、押出堆積、バット重合(SLAおよびDLP)、粉末床溶融(SLS、DMLSおよびSLM)、材料噴射(MJ：material jetting)、バインダ噴射(BJ：binder jetting)、直接エネルギー堆積(DED：direct energy deposition、LENS、LBMD)、シート積層(LOM、UAM)、固体接地硬化(SGC：solid ground curing)、３次元(３D：three－dimensional)微細加工、液体付加製造(LAM：liquid additive manufacturing)、レーザ金属堆積－ワイヤ(LMD－W：laser metal deposition－wire)、超音波圧密化(UC：ultrasonic consolidation)、計算軸リソグラフィ、連続液体界面製造(CLIP：continuous liquid interface production)、ステレオリソグラフィ(SLA：stereolithography)、電子ビーム溶融(EBM：electron beam melting)、電子ビーム自由形状製造(EBF３：electron beam freeform fabrication)、局所パルス電着(L－PED：localized pulsed electrodeposition)、溶融フィラメント製造(FFF：fused filament fabrication)、ロボキャスティング、MiG溶接３d印刷、直接インク筆記(DIW：direct ink writing)、金属の押出ベースの付加製造(EAM：extrusion based additive manufacturing of metals)、セラミックの押出ベースの付加製造(EAC：extrusion based additive manufacturing of ceramics)、複合フィラメント製造(CFF：composite filament fabrication)、粉末床およびインクジェットヘッド３d印刷(３DP：３d printing)、選択的熱焼結(SHS：selective heat sintering)、コンピュータ軸方向リソグラフィ、磁気アシストスリップキャスティング、投影マイクロステレオリソグラフィ(PμSL：projection micro－stereolithography)、化学蒸着(CVD：chemical vapor deposition)、バイオプリンティング、および当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に本明細書に記載されている本明細書に記載される追加例が含まれるが、これらに限定されない。実質的に任意の材料をSCOFAST機械内の付加的な動作に使用することができる。

【0229】

同じ機械内での除去的製造動作と組み合わされた付加製造動作の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第１０３７７００２号明細書に見られる。

【0230】

押出付加製造
材料押出(M：material extrusion E)、溶融フィラメント製造(FFF)または溶融堆積モデリング(FDM：fused deposition modeling)とも呼ばれる押出ベースの付加製造(EAM：extrusion－based additive manufacturing)は、必要に応じて熱可塑性材料を溶融するのに十分に加熱されていてもよい押出機ヘッドを通して変形可能な材料を供給する３D印刷プロセスである。ワークピースが付着するヘッドおよび／または支持構造（「プラットフォーム」）は、コンピュータ制御下で互いに対して位置決めおよび移動され、材料は、正確な位置で正確な層に堆積して最終形態を構築する。連続する各層を機械的に形成するために、駆動モータが制御され、材料が分注される際に、「X」軸および「Y」軸に沿った移動として表すことができる所定のパターンで、ベース部材および分注ヘッドを選択的に相対的に移動させる。所望の層形状および厚さを達成するために、各層の形成前、形成中、および形成後に、「Z」軸に沿った相対的な垂直移動を行うこともできる。

【0231】

変形可能な材料は、堆積の直前または最中に組み合わされるフィラメント、ロッド、ペレット、スラリー、または材料の組み合わせの形態で供給されてもよい。このようにして、任意の押出可能な物質を使用することができる。この目的のために一般的に使用されている単純な熱可塑性ポリマーには、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS：acrylonitrile butadiene styrene)、ポリカーボネート(PC：polycarbonate)、ポリ乳酸(PLA：polylactic acid)、高密度ポリエチレン(HDPE：high－density polyethylene)、PC／ABS、ポリエチレンテレフタレート(PETG：polyethylene terephthalate)、ポリフェニルスルホン(PPSU：polyphenylsulfone)および耐衝撃性ポリスチレン(HIPS：high impact polystyrene)が含まれる。ポリマーマトリックスおよび短いまたは長い硬質繊維を有する複合材料、セラミックスラリーおよび粘土、セラミックまたは金属粉末とポリマーバインダとのグリーン混合物、食品ペースト、および生細胞または死細胞を含むものなどの生物学的ペーストを含む、膨大な数の他の物質が押出付加製造に使用され得る（バイオプリンティング）。３D印刷プロセスで有利に使用される材料の例としては、PLA、ABS、ABSi、HDPE、PPSF、PC、PETG、Ultem９０８５、PTFE、PEEK、再生プラスチックなどの熱可塑性ポリマー、GFRP、CFRPなどのポリマーマトリックス複合材、酸化アルミニウム、ジルコニア、二酸化ジルコニウム、カオリンなどのセラミックスラリーおよび粘土、ジルコニア、リン酸カルシウムなどのグリーンセラミック／バインダ混合物、ステンレス鋼、チタン、インコネルなどのグリーン金属／バインダ混合物、ステンレス鋼、鉄、リン酸三カルシウム、イットリア安定化ジルコニアなどのグリーン金属／セラミック／バインダ混合物、チョコレート、砂糖、タンパク質、脂肪などの食品ペースト、バイオインク細胞懸濁液などの生物学的材料、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ、または銅ナノ粒子などとの複合体などの導電性ポリマー複合体、ならびに本明細書で言及されている他の材料、および関連分野の当業者に既知であるか、または将来発明または発見され得る追加の材料が挙げられる。

【0232】

押出－付加３次元印刷を使用して、布地、衣類、ならびに着用可能および／または埋込み可能装置などの高度に可撓性のワークピースに材料を印刷または付加することができる。可撓性材料を印刷するためのいくつかの技術は、米国特許第１０１０５２４６号明細書および米国特許第１０６９６０３４号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0233】

熱可塑性物質
熱可塑性ポリマーは、付加製造材料の最も一般的なクラスのままである。アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリ乳酸(PLA)およびポリカーボネート(PC)は各々、異なる用途において明確な利点を提供する。水溶性ポリビニルアルコール(PVA：polyvinyl alcohol)は、典型的には、後に溶解される一時的な支持構造体を作製するために使用される。

【0234】

金属
貴金属（例えば、金および銀）から戦略的金属（例えば、ステンレス鋼およびチタン）まで、多くの異なる金属および金属合金が付加製造に使用されている。

【0235】

セラミックス
ジルコニア、アルミナおよびリン酸三カルシウムを含む様々なセラミックも付加製造に使用されている。異なる材料の層を融合して、全く新しいクラスの製品を作成することができる。

【0236】

生化学物質
生化学的ヘルスケア用途には、新しい骨成長が起こるときに骨構造を支持するためのケイ素、リン酸カルシウムおよび亜鉛からの硬化材料の使用が含まれる。幹細胞を含有するバイオインクは、生体器官を印刷するために使用され得る。

【0237】

コンクリート
コンクリートおよびセメント混合物は、住居および他の構造物の付加製造に使用することができる。

【0238】

溶接加工
溶接加工は、エネルギーが伝導される速度よりも速い速度で金属ワークピースの局所領域に熱エネルギーを加え、局所的な溶融が起こるように小さな領域で温度を十分高く上昇させる技術である。このように、接触している２つの金属部品が同時に加熱されると、各部品で溶融が起こり、溶融した材料のプールが接合部に形成される。その領域が冷却されると、金属が凝固し、それによって２つの部品が互いに接合される。

【0239】

溶接プールが形成された場合、ワイヤ、ロッド、粉末、ペレット、または他の形態の追加の金属を溶融プールに添加して、領域に質量を追加することができる。このようにして、金属物体を付加的に改質し、金属の層を次々に堆積させて所望の形態を達成することができる。多くの有用な変形形態は、熱エネルギー源ならびにそれを送達および制御する手段を変えることによって、ならびに追加の金属を供給するための機構を変えることによって達成される。金属に加えて、特定のガラスおよびプラスチックなどの他の物質、ならびにエネルギーレベルの操作に応答して固体形態と液体形態との間の可逆的な相変化を受ける他の物質を溶接することが可能である。

【0240】

製造のための溶接技術の周知の例には、「スティック溶接」としても知られるシールドメタルアーク溶接(SMAW：shielded metal arc welding)、タングステン不活性ガス(TIG：tungsten inert gas)溶接としても知られるガスタングステンアーク溶接(GTAW：gas tungsten arc welding)、金属不活性ガス(MIG：metal inert gas)溶接としても知られるガス金属アーク溶接(GMAW：g，gas metal arc welding)、フラックスコアードアーク溶接(FCAW：Flux－cored arc welding)、サブマージアーク溶接(SAWまたはSubArc：Submerged arc welding)、エレクトロスラグ溶接(ESW：Electroslag welding)、レーザビーム溶接、レーザハイブリッド溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接、抵抗溶接、鍛造溶接、超音波溶接、爆発溶接、摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、磁気パルス溶接、冷間溶接、拡散接合、発熱溶接、高周波溶接、マイクロ波溶接、熱圧溶接、誘導溶接、ロール溶接、スポット溶接、バット溶接、フラッシュ溶接、アップセット溶接、ショット溶接、ガス溶接、スプレー溶接、酸素燃料溶接、ロール接合、溶接による金属堆積、スパッタリングによる金属堆積、焼結による金属堆積、および他の形態の付加製造による金属堆積が含まれるが、これらに限定されない。

【0241】

ろう付け
ろう付けは、溶融したフィラー（ろう付け合金）が継手に流入し、各表面との接合部を形成する、金属（セラミックなどの特定の他の材料にも適用可能である）に従来適用されている接合プロセスである。溶融フィラー金属が凝固すると、接合部を架橋し、２つの側面を互いに接合するように機能する。

【0242】

ろう付けを使用して金属を接合する場合、接合部はフィラーの融点を超えて加熱されるが、接合される部品の溶融温度未満に保たれる。これは、高温を使用して母材金属を一緒に溶融する溶接とろう付けとを区別する。互いに溶接することができなかった異種金属を接合するために、ろう付けを使用することができる。ろう付けはまた、１つまたは複数のパスで基板上にフィラー金属を堆積させ、付加プロセスとして塊を構築するために使用され得る。４５０C未満の溶融温度を有するフィラー金属と共に使用されるろう付け技術は、通常、はんだ付けと呼ばれる。

【0243】

フィラー金属は、ほとんどの場合、基材との適合性、湿潤能力、および融点のために選択された合金である。一般的なフィラー金属には、アルミニウム－シリコン、銅、銅－銀、銅－亜鉛（真鍮）、銅－スズ（青銅）、金銀、ニッケル合金、銀、およびニッケル、鉄、銅、シリコン、ホウ素、リン、および他の材料の組み合わせを使用したアモルファスろう付け箔が含まれる。

【0244】

フィラー金属は、融点よりわずかに高い温度で加熱されている間、金属が加熱されている間に酸化物が形成されるのを防ぐために使用されることが多いフラックスである適切な雰囲気によって保護され得る。フラックスは、ろう付け表面に残った汚染物を洗浄する目的にも役立つ。フラックスは、フラックスをフィラー金属粉末と組み合わせるフラックスペースト、液体、粉末または予め作製されたろう付けペーストを含む任意の数の形態で適用することができる。フラックスは、フラックスのコーティングを有するろう付けロッド、またはフラックスコアを使用して適用することもできる。いずれの場合も、フラックスは、加熱された接合部に適用されると接合部に流入し、接合部に入る溶融フィラー金属によって変位する。リン含有ろう付け合金は、銅と銅を接合するときに自己融着することができる。フラックスは、一般に、特定の卑金属に対するそれらの性能に基づいて選択される。効果的であるためには、フラックスは、使用される卑金属およびフィラー金属の両方と化学的に適合していなければならない。ろう付け動作を行うことができる雰囲気には、空気（通常はフラックスを含む）、燃焼燃料ガス、アンモニア、窒素、水素、希ガス、無機蒸気および真空が含まれる。ろう付けは、トーチ、炉、または誘導コイルなどの任意の十分な熱エネルギー源を使用して実施することができる。

【0245】

健全なろう付け接合を達成するために、フィラーおよび基材材料は冶金学的に適合している必要があり、接合設計は、溶融ろう付けフィラーが毛細管現象によって引き込まれるかまたは分配され得るギャップを組み込むべきである。必要な接合ギャップは、ろう付け雰囲気ならびに基材およびろう付け合金の組成を含む多くの要因に依存する。ろう付けに必要な熱は、トーチ、炉、誘導、浸漬、抵抗、赤外線、ブランケット、電子ビーム、レーザなどを含む任意の所望の手段によって送達することができる。誘導ろう付けは、SCOFAST機械でろう付けを行う場合に特に便利である。

【0246】

収縮接合
焼き嵌めによって要素を一緒に接合することは、熱膨張および収縮を利用する付加プロセスであり、２つの要素は、一方が他方に対して熱膨張したときに最小のクリアランスで一緒に嵌合することができるような寸法で製造される。２つが同じ温度にあるとき、わずかな負のクリアランスが存在し、したがって２つのピースは互いに接合される。焼き嵌め接合は、成形、機械加工、および他の動作と共にSCOFAST機械で実行されてもよい。

【0247】

鋳造
鋳造動作は、金属が溶融され、続いて溶融した液体が所望の形状の金型内で凝固する付加製造動作である。鋳造中に金属の塑性変形が起こらないため、鋳造動作中に結晶粒の形状または配向を制御することはできないが、冷却速度を調整し、正しい合金を選択し、熱処理を施すことによって結晶粒径を制御することができる。鋳造のためのいくつかの方法および技術は、米国特許出願公開第１６０７６７７号明細書、米国特許出願公開第３４９５６５０号明細書、米国特許出願公開第４４４６９０７号明細書、米国特許出願公開第４７７９６６５号明細書、米国特許第６０６５５２６号明細書、米国特許出願公開第６１３５１９６号明細書、米国特許出願公開第３８６６６６６号明細書、米国特許第７２１０５１７号明細書、米国特許出願公開第４１４２６３９号明細書、米国特許出願公開第４８３２１１０号明細書、米国特許出願公開第３４９５６５０号明細書、米国特許第８４３４５４４号明細書、米国特許第６９７８８２３号明細書および米国特許出願公開第５５７９８２５号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0248】

鋳造に有用ないくつかの追加の例示的なシステムおよび方法は、参照により本明細書に組み込まれる非米国特許文献の中国実用新案２０１７２０４１１号明細書に提示されている。

【0249】

鋳造用の金属およびガラスなどの材料を溶融するのに必要な熱は、外部から加えられてもよく、溶融した材料が原料として供給されてもよく、または熱エネルギーは、SCOFAST動作としてその場で供給されてもよい。熱エネルギーは任意の手段によって加えられてもよいが、誘導加熱による溶融は、熱が材料またはるつぼ自体で発生し、したがって熱または火炎に起因する作業場事故の可能性が低減されるので、SCOFAST機械内で特に便利である。誘導溶融は、燃焼残留物がないため、火炎で溶融するよりもきれいである。誘導溶融で適用されるエネルギーの正確な制御は、均一な品質の再現可能な結果をもたらす。

【0250】

回転鋳造
回転鋳造は、遠心力を生成するために回転を使用することによって分配が行われる材料を鋳造するプロセスである。回転鋳造に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、各々参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第７６２８６０４号明細書、米国特許出願公開第９５０７１X号明細書、および米国特許出願公開第１４１１１９X号明細書、ならびに参照により本明細書に組み込まれる非米国特許文献スイス特許出願９５０７１号明細書に提示されている。

【0251】

ロスト材料鋳造
ロスト材料鋳造は、鋳造される部品のモデルの周りに形成された金型に材料を鋳造するプロセスであり、モデルは、鋳造プロセスの前または最中に燃焼、液化、気化、または変位によって除去することができる物質で作られる。このようにして、フォーム、ワックス、およびプラスチックを含む多くの異なる材料を使用することができる。

【0252】

例えば、所望の部品のモデルは、可燃性、溶融性、または気化性の犠牲材料を使用して形成することができる。次いで、モデルは、鋳造プラスターまたは硬化させることができる別の耐火材料で充填された金型容器に埋め込まれる前に、任意選択的に機械加工、平滑化、仕上げ、または他の方法で修正することができる。次いで、金型容器を十分に加熱して犠牲モデルを溶融、気化、または焼失させ、その後、溶融した材料を金型に注入し、冷却させる。いくつかの実施形態では、溶融材料自体が、鋳造プロセス中に犠牲材料を除去するのに必要な熱を供給する。

【0253】

所望の部品の犠牲モデルは、様々な技術のいずれかを使用して作製することができる。それ自体は、マスター金型（例えば、ワックスを鋳造するのに十分に耐久性があるが、金属を直接鋳造することができない３D印刷および／または機械加工された金型）から鋳造することができる。犠牲モデル自体は、犠牲材料から新たに３D印刷および／または機械加工することができる。

【0254】

SCOFAST機械内での使用に適合させることができる鋳造の他の方法には、砂型鋳造、プラスター金型鋳造、シェル成形、インベストメント鋳造、蒸発パターン鋳造、フル金型鋳造、消耗金型鋳造、非消耗金型鋳造、ダイキャスト、チキソフォーミング（半固体金属鋳造）、遠心鋳造、連続鋳造、スクイズ鋳造、チル鋳造、スラッシュ鋳造、スピン鋳造、および遠心ゴム金型鋳造が含まれるが、これらに限定されない。

【0255】

SCOFAST機械内では、付加鋳造動作および後続の付加仕上げ動作を実行することが有利であり得る。鋳造後の付加仕上げのための特定の技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許出願公開第３１０６００２号明細書に提示されている。鋳造後に最終形状に成形するための特定の技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第１０６６８５２９号明細書に提示されている。

【0256】

押出
押出は、材料を所望の断面形状のダイに押し込んで、所定の断面プロファイルを有する物体を作成する成形プロセスである。押出は、非常に複雑な断面を生成することができ、押出された材料は圧縮応力およびせん断応力しか受けないため、脆い材料と共に使用することができる。一般的に押し出される材料には、金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、粘土、および食品が含まれる。押出製品は、「押出物」と呼ばれることがある。液体、粉末、スラリー、またはペーストのように、押出の原料が未形成である場合、押出は付加プロセスとみなされ得る。押出に使用される原料が固体である場合、材料を塑性変形によって押し出すために高い押圧力が必要な場合があり、したがって押出は成形プロセスとみなされ得る。

【0257】

ホールフランジング
ホールフランジングは特殊なタイプの押出成形であり、最初は完全には閉じていない内部キャビティにダイ支持を提供し、徐々に外側の特徴を一緒に潰してキャビティを閉じて、ダイ端部からの内部支持として押出物からの外部支持を提供する順送型押出ダイを使用して、内部キャビティを含む押出物を成形することができる。

【0258】

SCOFAST機械内で有利に使用され得る押出技術には、熱間押出、冷間押出、摩擦押出、微小押出、直接押出、間接押出、静圧押出、衝撃押出、等チャネル角押出、シート／フィルム押出、インフレートフィルム押出、オーバージャケット押出、ホールフランジング、および螺旋押出が含まれるが、これらに限定されない。

【0259】

焼結
焼結（フリタージュ）は、材料を液化点まで溶融することなく、圧力および／または熱を加えることによって個々の粒子から材料の固体塊を圧縮および成形するプロセスである。焼結は、付加仕上げ動作として最も頻繁に使用される。融合は、材料中の原子が粒子の境界を越えて拡散し、粒子を一緒に融合し、固体片を生成するときに起こる。最終生成物の密度、多孔度、および粒子構造は、焼結中に制御することができる。焼結温度は材料の融点に達する必要がないため、焼結は、タングステンおよびモリブデンなどの非常に高い融点を有する材料にとって特に重要なプロセスである。焼結は、一般に、金属、セラミック、プラスチック、および他の材料で構成される部品の製造に使用される。焼結製造例には、液相焼結、電流補助焼結、放電プラズマ焼結、コンデンサ放電焼結、電気焼結鍛造、常圧焼結、マイクロ波焼結、選択的レーザ焼結、直接金属レーザ焼結、および水素焼結が含まれるが、これらに限定されない。SCOFAST機械内では、焼結動作を実行し、続いて鍛造および／または他の成形動作を実行することが有利であり得る。焼結後に成形するための特定の技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６５９９４６７号明細書に提示されている。

【0260】

レーザ焼結加工
レーザ焼結加工では、レーザが熱可塑性粉末を焼結して粒子を互いに付着させる。

【0261】

直接金属レーザ焼結加工
直接金属レーザ焼結(DMLS：Direct Metal Laser Sintering)加工では、レーザが金属粉末の各層を焼結して、金属粒子が互いに付着する。DMLS機械は、望ましい表面特徴および機械的特性を有する高解像度オブジェクトを生成する。

【0262】

直接金属レーザ溶融(DMLM：Direct Metal Laser Melting)加工および電子ビーム溶融(EBM)加工
DMLMおよびEBMプロセスは、融合される材料が完全に溶融されるため、焼結とは異なる。DMLMでは、レーザが金属粉末の各層を完全に溶融し、EBMは、高出力電子ビームを使用して金属粉末を溶融する。両方の技術は、高密度の非多孔質オブジェクトを製造するのに有利である。

【0263】

粉末射出成形
「低圧粉末射出成形」とも呼ばれる粉末射出成形は、粉末形態の所望の材料をバインダ材料と混合して「原料」を作成し、次いで射出成形を使用して成形し固化させる、改変された焼結プロセスである。成形プロセスは、単一の工程で大量の複雑な部品を成形することを可能にする。成形後、部品は、バインダを除去し（脱バインダ）、粉末を高密度化するためのコンディショニング動作を介して変形する。この方法は「熱間鋳造」と呼ばれることもあるが、必ずしも熱を必要としない。これは、天然鉱物、酸化物、炭化物、金属、セラミック、プラスチック、多成分複合合成材料、およびそのような材料の任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の固体材料から部品を形成するために使用され得る。使用される粉末材料が金属である場合、このプロセスは金属射出成形と呼ばれることがある。粉末射出成形のための方法および技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，１９７，１１８号明細書に記載されている。

【0264】

液相焼結
液相焼結は、すべてではないが少なくとも１つの要素が液体状態にある特殊な形態の焼結である。液相焼結は、超硬合金部品および炭化タングステン部品の製造に一般的に使用されている。

【0265】

射出成形
射出成形製造動作には、金属射出成形、薄肉射出成形、反応射出成形、熱可塑性射出成形、オーバー金型、インサート成形、コールドランナー成形、ホットランナー成形、押出ブロー成形、射出ブロー成形、および延伸ブロー成形が含まれるが、これらに限定されない。

【0266】

電鋳
電鋳は、マンドレルと呼ばれるモデル上に電着によって部品を製造する金属成形プロセスである。このプロセスは、電鋳される金属の塩を含有する電解質に直流電流を流すことを含む。アノードは、電鋳される固体金属であり、カソードは、電鋳がめっきされる（堆積される）マンドレルである。このプロセスは、必要な電鋳の厚さが達成されるまで継続する。次いで、マンドレルは、無傷で分離されるか、融解されるか、または化学的に溶解される。

【0267】

電着が始まる前に、導電性（金属）マンドレルを処理して機械的分割層を作成するか、または化学的に不動態化してマンドレルへの電鋳接着を制限し、それによってその後の分離を可能にする。非導電性（ガラス、シリコン、プラスチック）マンドレルは、電着の前に導電層の堆積を必要とする。そのような層は、化学的に、真空蒸着技術（例えば、金スパッタリング）によって、燃焼蒸着によって、または他の方法によって堆積させることができる。マンドレルの表面は形態の一方の表面を形成し、部品は電解液中にマンドレルから成長する。

【0268】

バインダ噴射
バインダ噴射プロセスは、印刷ヘッドが粉末材料および液体バインダの交互の層を置くことを除いて、材料噴射のプロセスと同じである。

【0269】

指向性エネルギー堆積
指向性エネルギー堆積(DED：directed energy deposition)のプロセスは、材料押出のプロセスと同じ方法で実行されるが、ポリマー、セラミックおよび金属を含むより多様な材料と共に使用することができる。４軸または５軸アームに取り付けられた電子ビームガンまたはレーザは、ワイヤまたはフィラメント供給原料または粉末のいずれかを溶融する。

【0270】

ワイヤアーク付加製造
指向性エネルギー堆積－アーク(DED-arc：Directed Energy Deposition-Arc)としても知られるワイヤアーク付加製造は、アーク溶接電源およびマニピュレータを使用して、アーク堆積によって３D形状を構築する。このプロセスは、一般にワイヤを材料源として使用し、所定の経路を辿って所望の形状を作成する。この付加製造方法は、通常、ロボット溶接装置を使用して実行される。

【0271】

材料押出
材料押出は、最もよく知られている付加製造プロセスの１つである。スプーリングされたポリマーは、可動アームに取り付けられた加熱ノズルを通して押し出されるか、または引き出される。１つの一般的な幾何学的形状では、ノズルは水平方向に２軸で移動し、ベッドは垂直方向に移動し、溶融した材料を層ごとに構築することができる。層間の適切な接着は、精密な温度制御または化学結合剤の使用によって生じる。

【0272】

材料噴射
材料噴射により、印刷ヘッドは、２Dインクジェットプリンター上のヘッドのように、材料がレシーバに向かって排出される間に前後に移動する。材料噴射において、プリントヘッドは、典型的には、３D物体を生成するためにx軸、y軸およびz軸上を移動する。層は、冷却するにつれて硬化し、または紫外線もしくは他の方法によって硬化する。

【0273】

シート積層
積層造形法(LOM：laminated object manufacturing)および超音波付加造形法(UAM：ultrasonic additive manufacturing)は、２つのシート積層方法である。LOMは紙と接着剤の交互層を使用し、UAMは超音波溶接によって接合された薄い金属シートを使用する。LOMは、視覚的または審美的モデリングに理想的な物体を作成するのに優れている。UAMは、チタン、ステンレス鋼およびアルミニウムを含む様々な金属と共に使用される比較的低温で低エネルギーのプロセスである。

【0274】

液槽光重合
光造形法（SLA）としても知られる液槽光重合では、物体が液体樹脂フォトポリマーの液槽内に作り出される。特定の樹脂系に対して定義された周波数範囲を有するエネルギー光子源への曝露は、樹脂の光重合を誘発して、露光制御装置によって精密に定義された形状を有する微細層を硬化させる。

【0275】

付加仕上げ
付加仕上げ動作は、付加製造の重要かつしばしば必須の部分である。SCOFAST機械内では、そのような補足動作は、付加動作のサブセットとして分類されてもよい。

【0276】

除去動作および機械加工
除去動作は、材料がワークピースから除去されて所望の形状を生成するものである。除去製造という用語は、付加製造と総称される３D印刷および他の付加製造技術で使用される従来の機械加工技術と区別するために使用される。ワークピースから材料を除去するために一般的に使用される技術には、研磨流れ(AFM：abrasive flow machining)、研磨ジェット(AJM：abrasive jet machining)、ビーズブラスト、バイオ機械加工、ブランキング、ブラスト、削孔、ブローチ、バーニング、バニシング、カービング、化学加工、化学的ストリッピング、切断、バリ取り、ドリル、電気化学的機械加工（電気化学機械加工、(ECM：electrochemical machining））、放電加工(EDM：electrical discharge machining)、電子ビーム加工(EBM：electron beam machining)、エッチング、フィリング、火炎切断、研削、ホーニング、ラッピング、レーザアブレーション、レーザ切断、旋削、ミリング、光化学的機械加工、平削り、プラズマ切断、研磨、パンチング、リーミング、サンドブラスト加工、サンディング、ソーイング、はさみ加工、成形、せん断、打ち抜き、タッピング、旋削、超音波加工、ウォータージェット切断などが含まれる。

【0277】

SCOFAST機械内では、除去動作は、原料を含むワークピースから開始することができ、または１つもしくは複数の付加的、除去的、もしくは成形的プロセスまたはそれらの組み合わせによって部分的に実現された部品を含むワークピースに対して除去動作を実行することが有利であり得る。

【0278】

除去動作に有用ないくつかのシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第４３５４３０５号明細書、米国特許出願公開第４４１９９１２号明細書、米国特許出願公開第４６９８４８０号明細書、米国特許出願公開第４８９３４４０号明細書、米国特許出願公開第５０４２１２６号明細書、米国特許出願公開第５０５２０８９号明細書、米国特許出願公開第５０５８２６１号明細書、米国特許出願公開第５１６０８２４号明細書、米国特許出願公開第５２０５８０６号明細書、米国特許出願公開第５６３６９４９号明細書、米国特許出願公開第５７７５８５３号明細書、米国特許第６５５８２３１号明細書、米国特許第６５７６８５８号明細書、米国特許第６５９３５４１号明細書、米国特許第６８０６４３５号明細書、米国特許第６８６８３０４号明細書、米国特許第６８９６１４３号明細書、米国特許第６９０４６５２号明細書、米国特許第７０３９９９２号明細書、米国特許第７１０１２５６号明細書、米国特許第７１１２１２１号明細書、米国特許第７１３４１７３号明細書、米国特許第７１８５４１２号明細書、米国特許第７２３７３１０号明細書、米国特許第７２４０４１２号明細書、米国特許第７４７３１６０号明細書、米国特許第７５１８３２９号明細書、米国特許第７９４１２４０号明細書、米国特許第８０２０２６７号明細書、米国特許第８２１５２１１号明細書、米国特許第８８８７３６０号明細書、米国特許第９０９５９５４号明細書、米国特許第９１５６１１６号明細書、米国特許第９２７２３８５号明細書、米国特許第９３３９８８９号明細書、米国特許第９３６４９１２号明細書、米国特許第９９０２０３４号明細書、米国特許第９９４３９２０号明細書、米国特許第１００６５２４１号明細書、米国特許第１０１３７５２２号明細書、米国特許第１０１９５６４９号明細書、米国特許第１０５９６６６６号明細書、米国特許第１０６６３９４７号明細書、米国特許出願公開第２００２０１３７６１１号明細書、米国特許出願公開第２００５００８２１６５号明細書、米国特許出願公開許第２００７０２４６３７２号明細書および米国特許出願公開第２０１４００７６１１５号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0279】

除去動作に有用な追加の例示的なシステムおよび方法は、非米国特許文献中国特許出願公開１０９９０９７４６、中国実用新案２０１５７９５９１号明細書、独国特許出願公開１０２０１８１０８１４５号明細書、および国際公開１９９３００９９０１号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0280】

形成動作、付加動作、除去動作、または変形動作に有用ないくつかの追加の例示的なシステムおよび方法、特にレーザの作用を伴うものは、米国特許文献の米国特許出願公開第５４６３２００号明細書(Workpiece marking)、米国特許出願公開第４６７３７９５号明細書(Laser processing with imaging)、米国特許出願公開第５８６６８７０号明細書(Laser beam welding)、米国特許第６４６２３０６号明細書(Multiple laser beam control)、米国特許第６６６４５０７号明細書(Simultaneous laser and gas metal arc welding)、米国特許第６７２０５１９号明細書(Laser drilling)、米国特許第６７７４３３８号明細書(Powder－fed laser fusion welding)、米国特許第６８５６６３４号明細書(Laser machining controller)、米国特許第７０１２２１６号明細書(Laser welding wand)、米国特許第７１１２７６１号明細書(Laser welding gas lens)、米国特許第７３０７２３７号明細書(Laser welding nozzle with feeder extension)、米国特許第７９４７９２２号明細書(multiple beam micro－machining)、米国特許第７８８０１１７号明細書(Laser drilling high density submicron cavities)、米国特許第８１４３５５２号明細書(Laser machining system)、米国特許第８７２９４２４号明細書(Multiple heat source welding)、米国特許第８８０９７３４号明細書(Thermal laser processing system)、米国特許第９５９２５７１号明細書(Laser welding)、および米国特許第１０７３０１３９号明細書(Laser welding)に提示されており、これらの各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0281】

機械加工
機械加工は、ツールを使用してワークピースから材料を除去するプロセスである。動作を実行するために、ツールとワークとの間に相対運動が生じる。この相対運動は、ほとんどの機械加工動作において、「切断速度」と呼ばれる第１の運動および「送り」と呼ばれる第２の運動によって達成される。ツールの形状および作業面への貫通は、これらの運動と組み合わされて、結果として得られる作業面の所望の形状を生成する。ツールは、単一の刃先または複数の刃先を有することができる。ツールは、ワークピースに対して単純な曲線経路で移動することができ、または「能動ツール」として知られるプロセスにおいて単純な曲線経路に沿って移動しながら回転、振動、または発振することができる。従来の機械加工動作には、旋盤、シェーパ、プレーナ、穿孔機、ミリング盤、研削機、鋸、プレス、タレット旋盤、ねじ切り盤、多ステーション機、ガングドリル、生産ミリング盤、歯車切削機、歯車シェーパ、歯車ホバー、ブローチ盤、回転ブローチ盤、ラップ盤、ホーニング盤、ボーリング盤、多軸マシニングセンタなどで行われるものが含まれる。

【0282】

熱間機械加工
SCOFAST機械内では、動作は任意の温度で実行することができる。一般に、ワークピースは、熱に関連する歪みおよびツール摩耗の増加を防止するために、機械加工時に可能な限り低温に保たれるべきであることが教示されている。しかしながら、ワークピースを冷却した後ではなく加熱した後に機械加工を行うことが有利な場合がある。この機会加工方法（「高温機械加工」）の利点はかなりのものとなり得る。高温、特にワークピース材料の絶対再結晶温度の６０％を超える高温（「熱間機械加工」）では、機械加工ツールは、より低い温度で同じ材料を切削する同じツールと比較して大幅に低減された力でワークピースを切削することができ、それによってびびりおよび振動を低減または排除し、より清浄でより一貫した機械加工された表面ならびにツール摩耗の低減をもたらす。室温では困難または不可能な機械加工動作は、高温機械加工方法を使用する場合、著しく容易になり得る。

【0283】

温間（絶対再結晶温度の３０％～６０％）または熱間（絶対再結晶温度の６０％以上）成形および機械加工で使用されるツールは、そのような高温での使用に適した材料で作られなければならない。１～１．２％の範囲の炭素含有量を有する炭素鋼ツールは、２００Cを超える温度では切削能力を失う傾向があり、この温度は高速切削の摩擦によってでも容易に生じる温度である。約１８％のタングステン、約４％のクロム、約１％のバナジウム、および約０．５％～０．８％の炭素を含む合金鋼などの高速ツール鋼を使用すると、より高い温度耐性が達成される。コバルト、クロム、およびタングステンを含む特定の非鉄合金から鋳造された切削ツールは、赤くなるまで加熱されても切削能力を保持することができる。炭化タングステンツールは、熱間機械加工において特に有用である。ダイヤモンドなどの特定のセラミック酸化物および特殊材料も使用される。

【0284】

マシニングセンタ
マシニングセンタは、自動ツール交換設備を備え、いくつかの制御軸が可能なミリングまたはミルターン機械の一種である。ツールは、一般に、１つまたは複数のマガジンに収容され、機械加工ツールプログラムからのコマンドによって変更することができる。ワークピースの異なる面は、ワークピースを取り外すことなく、動作の組み合わせによって機械加工することができる。横型旋削ミリングマシニングセンタは、その１次ワークピース回転軸を水平に整列させ、縦型旋削ミリングマシニングセンタは、その１次ワークピース回転軸を垂直に整列させる。縦型旋削ミリングマシニングセンタの例は、米国特許文献の米国特許第８８８７３６１号明細書および米国特許出願公開第２０１４００２０５２４号明細書に記載されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0285】

タレット旋盤
タレット旋盤は、エンジン旋盤と区別するいくつかの特徴を有し、SCOFAST機械において有利であり得る多くの要素を備える。第１のものは、水平エンジン旋盤上の心押し台の代わりに使用されるツールタレットである。様々な旋削、削孔、穿孔、リーミング、およびねじ切りツールをツールタレットに固定することができ、ツールタレットは１つまたは複数の軸を中心に回転することができる。タレットは、ツールが機械スピンドルに固定されたワークピースを圧迫するように、機械スピンドル軸または平行軸に沿って移動される。タレット旋盤の第２の際立った特徴は、クロススライドに取り付けられた追加のタレットである。このタレットはまた、クロススライド面に垂直な軸を中心に、任意選択的に他の軸を中心に回転することができ、様々な旋削ツールの使用を可能にする。追加の同様のツールホルダまたはタレットがクロススライドの後部に取り付けられてもよく、複数のクロススライドが存在してもよく、平行軸、直交軸、または任意に配向された軸にスライドしてもよい。

【0286】

タレット旋盤は、バー機械（スクリュー機械）またはチャック機械として説明されることがある。バー機械は、小さなねじ部品、ブッシング、および機械スピンドルを通って供給されるバー材から作成することができる他の小さな部品を機械加工するように設計される。自動バー機械は、バー材を機械スピンドルに自動的に交換することによって部品を連続的に製造する。チャック機械は、スピンドルを介して連続的に供給することができない鋳造品、鍛造品、または素材のブランクなどのより大きな部品を機械加工するために主に設計されている。

【0287】

背面処理
背面処理は、ワークピースの工作物保持コレット側を向いている側への機械加工アクセスを得るために使用される技術のセットである。１つの技術は、１次コレットの反対側からワークピースを固定することができる２次コレットを提供することである。２次コレットによって保持されているワークピースは、１次コレットがワークピースを解放することができ、その後、ワークピースの「裏側」にツールが到達するように１次コレットから離れるように移動される。別の技術は、ワークピースを把持し、コレットからワークピースを取り外し、端から端まで回転させ、コレット内にワークピースを戻すように構成された反転ツールの使用である。機械設計に応じて、そのような動作は、転送前に実行される動作と後で実行される動作との間の空間的コヒーレンスの損失をもたらす可能性がある。

【0288】

研磨流れ加工
研磨流れバリ取りまたは押出ホーニングとしても知られる研磨流れ加工は、研磨剤を含む流体をワークピースの周りまたはワークピースを通って流すことを特徴とする内面仕上げプロセスである。この流体は、典型的には非常に粘性である。AFMは、粗い表面を平滑化して仕上げ、特に内面、スロット、孔、キャビティ、および到達が困難な他の幾何学的形状を含むものなどのアクセスが妨げられる領域において、バリを除去し、表面を研磨し、半径を形成し、材料を除去するために使用されることが多い。研磨流れ加工は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献第３５２１４１２号明細書に記載されている。

【0289】

研磨ジェット加工
研磨マイクロブラスト、ペンシルブラスト、およびマイクロ研磨ブラストとしても知られている研磨ジェット加工は、高速ガスによって推進される研磨剤を使用してワークピースから材料を侵食する研磨ブラスト加工プロセスである。一般的な用途には、特に複雑な形状を切断するため、または特定のエッジ形状を形成するために、熱に敏感な、脆い、薄い、または硬い材料を切断することが含まれる。材料は、高速流体流によって駆動される、任意のサイズであるが、通常は直径約０．００１インチ（０．０２５mm）の微細研磨粒子によって除去される。一般的なガスは、空気または不活性ガスである。ガスの圧力は、一般に２５～１３０psig（１７０～９００kPaまたは４バール）の範囲であり、一般に３００m／s（１，０００km／h）の速度である。研磨ジェット加工に有用ないくつかの技術は、米国特許文献の米国特許出願公開第４８９３４４０号明細書、米国特許第８３０８５２５号明細書、第９１０８２９７号明細書、米国特許第９１３８８６３号明細書、米国特許第９５８６３０６号明細書、米国特許出願公開第２０１３０２６７１５２号明細書、および米国特許出願公開第２０２１０２３７２２６号明細書に記載されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0290】

バイオ機械加工
バイオ機械加工は、バイオリーチングとして知られる活動によって金属部品から材料を除去するためにリソトロフィック細菌を使用する機械加工プロセスである。バイオ機械加工は、化学的ミリング加工などの化学的機械加工方法および旋削加工およびミリング加工などの物理的機械加工方法と対比される。チオバチルス・フェロオキシダンス、チオバチルス・チオオキシダンスなどの特定の細菌は、鉄、銅、その他の金属などの金属の酸化による化学エネルギーを利用して、空気中の二酸化炭素を固定する。これらの金属代謝細菌を含有する培養液に曝露された金属物体は、その表面から材料が除去される。バイオ機械加工は、典型的には、化学的ミリングと同じ方法で行われる。切断される領域は、切断されない領域を保護する不活性マスクを用いて陰像としてマーキングされる。次いで、この部品を、生物学的エッチャントの活性を調整するために使用される環境および流れ／混合制御を有する培養液に曝露する。バイオリーチングのためのいくつかの技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第７８３７７６０号明細書に記載されている。バイオ機械加工を介してワークピースをミリングするためのいくつかの技術は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許出願公開第２０１７０３４１２０３号明細書に記載されている。バイオ機械加工技術は、プラスチック、木材、複合材料、およびその物質の表面から材料を軟化または除去することができる生物剤を見出すまたは創出することができる任意の他の物質のバイオミリングに容易に拡張可能である。

【0291】

連続ドレスクリープ送り研削(CDCF：Continuous Dress Creep Feed Grinding)
連続ドレスクリープ送り研削(CDCF)は、強靭な材料において高い材料速度の除去を提供し、高ツール摩耗ミリング加工およびバリ取りの必要性を排除する精密研削技術である。CDCFでは、砥石車は、自動的に調整される一定の速度で連続的にドレッシングされ、高い材料除去速度および高いツール予測性を可能にする。

【0292】

電子ビーム加工
電子ビーム加工(EBM)は、任意の材料の微細な孔およびスロットを切削するために使用される技術である。真空チャンバ内では、高速電子ビームがワークピースに集束される。電子の運動エネルギーは、ワークピースに衝突すると熱に変化し、微小量の材料を気化させる。真空は、ガス分子との衝突による電子の散乱を防止する。EBMは、直径０．００１インチ（０．０２５ミリメートル）程度の小さい孔、または厚さ０．２５０インチ（６．２５ミリメートル）までの材料で０．００１インチ程度の狭いスロットを切削するために使用される。EBMは、半導体産業における光光学製造方法の代替としても使用されている。電子は光よりも波長が短く、容易に集束できるため、電子ビーム法は、高分解能リソグラフィおよび複雑な集積回路の製造に特に有用である。電子ビームによる溶接も可能である。

【0293】

放電加工
放電加工(EDM：electrical-discharge machining)は、電極として機能するグラファイトまたは軟質金属ツールからの高周波電気スパーク放電を方向付けて、硬化鋼または炭化物などの導電性材料を分解することを含む。電極およびワークピースは誘電液体に浸漬され、供給機構は、電極とワークピースとの間に０．０００５インチ～０．０２０インチ（０．０１３～０．５ミリメートル）のスパークギャップを維持する。スパーク放電がワークピースの小さな粒子を溶融または気化させると、粒子は洗い流され、電極は前進する。このプロセスは非常に正確であり、ほぼ任意の所望の形状のダイ、金型、孔、スロット、およびキャビティを機械加工するために有利に使用される。

【0294】

電気化学機械加工
電気化学機械加工(ECM)は、電気めっきを逆にしたものに似ている。このプロセスでは、金属は、電解セル内で制御された速度で直流電流によってワークピースから溶解される。ワークピースはアノードとして機能し、カソードとして機能するツールから０．００１～０．０３０インチ（０．０２５mm～０．７５mm）のギャップによって分離される。電解質、通常は塩水溶液は、電極間ギャップを通って圧力下でポンプ輸送され、ワークピースから溶解した金属を洗い流す。一方の電極が他方に向かって移動して一定のギャップを維持すると、アノードワークピースは相補的な形状に機械加工される。ECMの利点は、ツールの摩耗がないこと、およびより硬いワークピースを機械加工するために、より柔らかいカソードツールを使用できるという事実である。ECMの用途は、航空機エンジンおよび自動車産業に見出すことができ、このプロセスは、バリ取り、小孔の穿孔、および非常に硬いタービンブレードの機械加工に使用される。ECMの変形には、約９０％のECMと１０％の機械的作用を含む電解研磨、水性電解液中で制御されたアークが高速で材料を除去する電気化学アーク加工(ECAM：electrochemical arc machining)、および酸電解液を使用して非常に微細な孔を加工するキャピラリードリリングがある。

【0295】

イオンビーム加工
イオンビーム加工(IBM：ion beam machining)では、アルゴンなどの不活性ガスの荷電原子（イオン）の流れが高エネルギーによって真空中で加速され、固体ワークピースに向けられる。ビームは、エネルギーおよび運動量を物体の表面上の原子に伝達することによってワークピースから原子を除去する。原子がワークピース上の原子のクラスタに衝突すると、ワークピース材料から０．１～１０個の原子が離脱する。IBMは、事実上あらゆる材料の正確な機械加工を可能にし、半導体産業および非球面レンズの製造に使用されている。この技術はまた、接合を強化するために表面をテクスチャ加工するために、レーザミラーなどの装置上に原子的に清浄な表面を製造するために、および薄膜および膜の厚さを変更するために使用される。

【0296】

レーザ加工
レーザ加工(LM：laser machining)は、レーザからの強い光ビームで材料を溶融および気化させることによって金属または耐火材料を切断する方法である。レーザ加工は、材料を溶融および気化させて除去しなければならないため、エネルギーコストがかかる。LMは、従来の方法で機械加工することが困難な材料の小さな孔（例えば、０．００５～０．０５インチ）を切削する必要がある場合に特に有利である。有利な用途には、ダイヤモンド、セラミック、および集積回路用基板のレーザ穿孔および切断などが含まれる。レーザ加工は、SCOFAST機械における機械加工と組み合わせることができる。機械加工とレーザ加工とを組み合わせたいくつかの有用な方法および装置は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第１０２２０４６９号明細書に記載されている。

【0297】

レーザ支援加工
レーザ支援加工は、流れ応力を低減し、チップ形成を改善するために、切断プロセスの直前にワークピースの特定の領域をレーザビームによって加熱する熱支援機械加工プロセスである。この方法は、チタン合金などの難削材を機械加工する場合に特に有利である。レーザの出力およびその動きは重要なパラメータである。

【0298】

酸素燃料切断
酸素燃料切断は、金属をその発火温度まで予熱するために酸素／燃料ガス火炎を使用する切断方法である。次いで、高出力酸素ジェットが金属に向けられ、酸素と金属との間に化学反応を生じさせて、スラグとしても知られる酸化鉄を形成する。高出力酸素ジェットは、カーフからスラグを除去する。

【0299】

プラズマアーク加工
プラズマアーク加工(PAM：plasma arc machining)は、プラズマアークまたはタングステン不活性ガスアーク、トーチで金属を切断する方法である。トーチは、材料を溶融してワークピースから移動させることによって切断する高温イオン化ガス（プラズマ）の高速ジェットを生成する。プラズマゾーンで得られる温度は、２０，０００°～５０，０００°F（１１，０００°～２８，０００℃）の範囲である。このプロセスは、オキシアセチレントーチでは効率的に切断することができないものを含む、ほとんどの金属を切断するために使用することができる。

【0300】

超音波加工
超音波加工(USM：ultrasonic machining)では、振動ツールとワークピースとの間の狭いギャップを循環する水スラリー中で高周波で振動する研磨剤の粒子を用いてワークピースから材料が除去される。製造されるキャビティのような形状のツールは、１９，０００～４０，０００ヘルツ（毎秒サイクル）で約０．０００５～０．００２５インチ（０．０１３～０．０６２ミリメートル）の振幅で振動する。ツールは、ワークピースの表面に対して砥粒を振動させ、材料を除去する。超音波機械加工は、主に、電気の導体または絶縁体であり得る硬くて脆い材料を切断するために使用される。USMの他の一般的な用途には、半導体材料（ゲルマニウムなど）の切断、彫刻、ガラスへの微細孔の穿孔、ならびにセラミックおよび宝石の機械加工が含まれる。変形例は、超音波ツールを研磨スラリーなしでワークピースに対して回転させる超音波ねじり穿孔である。このタイプのUSMによって、８０マイクロメートル以下の小さな孔が穿孔され得る。

【0301】

化学機械加工
化学機械加工(CM、CHM：chemical machining)では、制御された化学作用によって選択された領域から金属が除去される。マスキングテープを使用して、除去されない領域を保護することができる。この方法は、金属印刷および彫刻プレートを製造するために使用されるプロセスに関する。２つのタイプの化学機械加工プロセスは、薄い金属部品のブランクを切断するために使用される化学ブランキングと、金属部品の選択された領域または全体領域から金属を除去するために使用される化学ミリング加工とを含む。

【0302】

光化学機械加工
光化学機械加工(PCM：photochemical machining)は、一連の光活性化および化学エッチング技術を使用して金属内の部品およびデバイスを製造するCHMの拡張である。

【0303】

ウォータージェット機械加工
ウォータージェット機械加工プロセスでは、水または別の流体を非常に高い圧力下で小さなノズルに通して、ポリマー、レンガ、および紙などの材料を切断する。ウォータージェット機械加工は、他の方法に比べていくつかの利点を有する。すなわち、熱を発生せず、加工中にワークピースが変形せず、プロセスはワークピース上のどこでも開始することができ、予備加工準備は必要なく、プロセス中にバリがほとんど形成されない。研磨剤を流体に添加して、特に仕上げ作業における材料除去速度を改善することができる。このプロセスはウォータージェット機械加工と呼ばれるが、水の代わりに任意の流体を使用してもよい。気体混合物および蒸気は、単独でまたは研磨剤と共に使用することもできる。

【0304】

ホーニング
交差孔バリ取り、円筒形ホーニング、表面仕上げ、エッジブレンディングおよび洗浄などの多くの異なる作業のために、切削ツールの代わりに剛性または可撓性ホーニングツールを使用することができる。加工プロセスに可撓性ホーンを組み込むことにより、交差穿孔された孔および他のアクセス困難な特徴を有する複雑な部品を、すべて同じSCOFAST機械内でバリ取り、ホーニング加工し、表面仕上げすることができる。

【0305】

変換動作／処理
変換動作
変換（形質転換、変形、処理）動作は、何らかの形態の処理によってワークピースの物理的、化学的、または他の特性の変化をもたらす動作である。本明細書で定義されるような変換動作および処理は、付加動作を補足する同様の付加仕上げ動作を除外する。そのような動作は、それらが特別な目的に使用され得、それらが適用される付加プロセスによって主に定義される結果をもたらすことが多いので、付加動作のサブセットとして分類される。

【0306】

物理的処理は、化学結合または原子価の変化を引き起こすことなく、物質の状態または物理的属性にいくらかの変化をもたらすものである。化学処理は、物質の化学結合または原子価の変化によって、物質の化学的特性に変化をもたらすものである。物理化学的処理は、物質の状態、物理的属性、および特性において非化学的および化学的変化の両方をもたらすものである。

【0307】

形質転換動作には、熱処理、物理的処理、化学的処理、フォトニック処理、放射線処理、現在既知であるかまたは将来発見される可能性がある他の種類の処理、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。処理は、任意の物質状態および任意の温度および圧力、真空、磁場、電場、電磁場、および／または重力場もしくは偽重力場における応力、衝撃、音響エネルギー、熱、低温、原子もしくは分子化合物への曝露によって達成することができ、このような曝露は、任意の手段および任意の組み合わせおよび／または順序で達成される。形質転換はまた、その表面コーティングがワークピース自体に由来するかどうか、またはそれが外部の材料源を組み込んでいるかどうかにかかわらず、ワークピースの有効特性を変化させる表面コーティングをもたらす処理を指すことができる（付加的および形質転換の両方であり得るスパッタコーティングまたは炭化などの動作におけるように）。

【0308】

変換動作のいくつかの例としては、硬化、表面硬化、強靭化、焼戻し、軟化、焼鈍、コーティング、不動態化、めっき、陽極酸化、磁化、消磁、時効処理、硬化、マーキング、エッチング、架橋、調理、炭化、炭化、窒化、燻蒸、脱泡、脱気、発酵、沸騰、フライ、焙焼、焼、凍結、水和、脱水などが挙げられる。

【0309】

変換動作に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３４５０６０６号明細書、米国特許出願公開第３７６５９９４号明細書、米国特許出願公開第４３０４９７８号明細書、米国特許出願公開第４４７７２９２号明細書、米国特許出願公開第４９０２５８０号明細書、米国特許出願公開第５４９２２６３号明細書、米国特許出願公開第５７８５７７７号明細書、米国特許出願公開第５９８０７２３号明細書、米国特許第６５２８１２３号明細書、米国特許第６６２０７３５号明細書、米国特許第６７９７１４７号明細書、米国特許第６８９６７８７号明細書、米国特許第６９３６３４９号明細書、米国特許第７０１１７１９号明細書、米国特許第７１２８９８５号明細書、米国特許第７１６６２０５号明細書、米国特許第７３４７９２４号明細書、米国特許第７５８０１７９明細書、米国特許第７８２０３００号明細書、米国特許第８０２１７５８号明細書、米国特許第８１９７８９２号明細書、米国特許第８６６３８０７号明細書、米国特許第８９４５３６６号明細書、米国特許第９０３４１６６号明細書、米国特許第９４１３８６１号明細書、米国特許第９４２０７１３号明細書、米国特許第９５０６１６０号明細書、米国特許第９５５６０６８号明細書、米国特許第９６１７６３９号明細書、米国特許第９６８３３０５号明細書、米国特許第９９７００８０号明細書、米国特許第９９８５３４５号明細書、米国特許第１００９９５０６号明細書、米国特許第１０１７４４３６号明細書、米国特許第１０３３０８３２号明細書、米国特許第１０３９２７１８号明細書、米国特許第１０６２６５１７号明細書、米国特許第１０７６０１７６号明細書、米国特許第１０７８２７４１号明細書、米国特許出願公開第２００７００２６２０５号明細書、米国特許出願公開第２００８０２７４３７５号明細書、米国特許出願公開第２０１１００８３８９５号明細書、米国特許出願公開第２０１１００８９０３９号明細書、米国特許出願公開第２０１６０２８９８５８号明細書、米国特許出願公開第２０１７０２５３９８６号明細書、米国特許出願公開第２０１９００６２８８５号明細書、米国特許出願公開第２０２１００２２２６１号明細書、および米国特許出願公開第２０２００１９８２９１号明細書に提示されており、各々参照により組み込まれる。

【0310】

変換動作に有用なさらなる例示的なシステムおよび方法は、非米国特許文献の韓国特許１００９１４８５８号明細書および国際公開２００２０３８３３４号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0311】

熱処理
熱処理は、材料の硬化または軟化、その感受性の変化、塑性変形を引き起こすのに必要な力の変化、または他の何らかの目的などの所望の結果を達成するための加熱または冷却の使用を含む。当業者に既知である一般的な熱処理技術には、焼鈍、表面硬化、析出強化、焼戻し、ホウ酸化、炭化、炭素窒化（シアン化）、酸化強化、正規化、急冷、熱処理、ならびにアルミニウム、銅、クロムおよびスズなどの元素を使用した拡散処理が含まれる。

【0312】

熱エネルギーは、ワークピース全体、またはワークピースの一部、またはワークピースに追加されるストックまたは部分的に形成された部品、またはワークホルダまたはツール、またはワークピースを取り囲む周囲環境、またはワークピースを満たす液体または気体に付加または除去することができる。熱エネルギーは、他の要素から除去されながら、SCOFAST機械内のいくつかの要素に加えられてもよい。

【0313】

誘導加熱
誘導加熱では、１つまたは複数の誘導コイルを使用して、ワークピースに衝突する交流磁場を生成する。この磁場は、金属ワークピースに渦電流を発生させ、ワークピースを所望の温度まで加熱する。誘導加熱は、誘導加熱器の電力、周波数、および幾何学的形状を調整することによって非常に正確に制御することができる。誘導加熱の短い加熱時間および空間的に制限された制御された加熱は、SCOFAST機械内で行われる動作によく適している。ほとんどの材料が誘導加熱によって加熱されてもよい。非導電性材料は、例えば、加熱される材料と接触しているるつぼまたは導電性液体を加熱することによって間接的に加熱される。誘導により容易に加熱される金属としては、銅および銅合金、真鍮、アルミニウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、タングステン、クロム、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、炭素繊維、グラファイト、シリコン、白金、銀、および金が挙げられる。誘導加熱のためのいくつかの例示的な技術および関連技術は、米国特許文献の米国特許第７７６７９４１号明細書、米国特許第７６５２２３１号明細書、米国特許出願公開第４１１９８２５号明細書、米国特許第９９２４５６７号明細書、米国特許第６５５５８０１号明細書、米国特許出願公開第３１５６８０７号明細書、米国特許出願公開第２７８３３５１号明細書、および米国特許出願公開第２６４９５２９号明細書に開示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0314】

誘導加熱は、SCOFAST機械内のワークピースを加熱するための特に便利な方法であり、これは部分的には、金属の表面から表面の下のある点までの加熱層の厚さが、印加される交流電流の周波数に反比例するためである。より高い周波数は、より薄いスキンを生成する。周波数は、低周波（０～７kHz）、中周波（７～４０kHz）または高周波（４０～５００kHz）とみなされる。５００kHzを超える周波数は超高周波である。誘導加熱のために複数の周波数が同時に使用されてもよい。各周波数は異なる深さでワークピースに作用するため、これは複雑な形状を有する部品のより均一な加熱を容易にすることができる。建設的および破壊的な磁場干渉を考慮することにより、複数の精密に配置された誘導コイルによって生成された重なり合う磁場を使用して、空間的に集束されたエネルギーを送達することが可能になる。様々なコイルの相対振幅、周波数、位相、およびデューティサイクルを調整すると、加熱の速度、深さ、および程度が変化する。

【0315】

焼鈍
焼鈍は、歪んだ冷間加工された格子構造が、より歪みの少ない、または歪みのない構造へと熱媒介緩和を受けるプロセスである。金属材料が冷間加工を受けると、硬度、引張強度、および電気抵抗が増加する一方で、延性が低下する。転位の数も大きく増加し、結晶構造中の特定の面がひどく歪む。金属の冷間加工に使用されるエネルギーの大部分は熱に放散されるが、そのエネルギーの一部は、変形によって生成された格子欠陥に関連する内部エネルギーとして結晶構造に蓄積される。

【0316】

焼鈍の間、材料は焼鈍温度まで加熱され、そこで一定期間保持され、次いで室温まで徐々に冷却される。焼鈍プロセスは、回復、再結晶、および粒成長と呼ばれる３つの段階に分けることができる。

【0317】

回復段階は、主に低温プロセスであり、生成された特性変化は、ミクロ組織または引張強度、降伏強度、硬度および延性などの特性に顕著な変化を引き起こさない。回復の主な効果は、冷間加工による内部応力の緩和である。弾性変形とそれに続く塑性変形を引き起こす負荷を解放した場合、必ずしもすべての弾性変形が消失するわけではない。これは、結晶格子の空間的配向に起因し、そのいくつかの要素は元の位置に戻ることが阻止される。温度が徐々に上昇するにつれて、これらの弾性的に変位した要素の大部分は、元の位置に戻るまで解放され、内部応力の大部分を緩和する。電気伝導率は回復中にかなり増加する。金属の機械的特性は本質的に変化しないため、回復範囲での加熱の主な目的は、応力腐食割れを防止するため、または残留応力によって生じる歪みを最小限に抑えるための冷間加工合金の応力緩和である。商業的には、回復範囲におけるこの低温処理は、応力緩和焼鈍またはプロセス焼鈍として知られている。

【0318】

再結晶は、材料の再結晶温度に達し、微細構造中に微小な新たな結晶が現れる段階である。これらの新しい結晶は、元の非変形結晶粒と同じ組成および格子構造を有し、寸法が均一である。新しい結晶は、一般に、結晶粒の最も急激に変形した部分（典型的には粒界およびすべり面）に現れる。新しい粒子が形成される原子のクラスタは、核と呼ばれる。再結晶は、歪みのない結晶粒の核生成と、冷間加工材料全体を吸収するためのこれらの核の成長との組み合わせによって起こる。再結晶中、引張強度および硬度の著しい低下、ならびに材料の延性の大幅な増加がある。

【0319】

再結晶温度という用語は、それ未満では再結晶が起こらない明確な温度を指すのではなく、むしろ高度に冷間加工された材料が１時間で完全に再結晶するおおよその温度を指す。異なる結晶粒形成の混合物を有する材料では、複数の再結晶温度が存在する。

【0320】

粒成長では、金属における焼鈍の最終段階で、粒界が元の粒径までゆっくりと成長し、材料の引張強度および硬度がさらに低下する。

【0321】

焼鈍は、最適な材料特性を達成するために、硬度、靭性および内部応力に関して金属の特性を変えるために使用される。ワークピースを焼鈍するために任意の加熱方法を使用することができるが、熱がワークピース内で直接発生し、非常に正確な制御、均一な熱分布、およびワークピース内の均一な浸透深さを可能にするため、誘導加熱は、焼鈍がSCOFAST動作として実行されるときに特に有用である。熱硬化とは対照的に、焼鈍されているワークピースの温度はゆっくりと低下する。軟質焼鈍は、金属硬度を低下させ、成形動作前に靭性および延性を高めるための前処理として特に価値がある。応力緩和焼鈍は、機械加工または成形中に生じる応力を最小化または排除するために、より低い温度を使用する。

【0322】

高密度化
高密度化は、材料の密度の増加をもたらす物理的処理である。高密度化は、対象のワークピース材料と共に第２の気体もしくは液体材料または固体バインダ材料を含む基材を使用して押出、成形、鋳造、または３D印刷によって作製されたニアネットシェイプのワークピースに適用されることが多い。２次材料を除去すると、除去された２次材料に応じて、細孔が大きくてもよく、または単一分子ほど小さくてもよい多孔質ワークピースが残る。熱および／または力の適用は、細孔崩壊をもたらし、その結果、ワークピースの密度が増加する。

【0323】

硬化
硬化は、熱処理によって完成することが多い物理的処理であり、機械的特性を改善し、硬度を高めるために金属に適用されることが多く、より強靭でより耐久性のある構成要素をもたらす。熱処理によって完成されると、材料はその臨界変態温度を超えて加熱され、次いで冷却される。プロセスは金属の微細構造を変化させ、プロセスパラメータは、強度および靭性を付加する微細構造を選択するように修正され得る。鉄または鋼を表面硬化させるための１つの方法は、（例えば、レーザビームからのエネルギー伝達による）集中加熱を介して、レデブライトまたはパーライトの硬化対立形質から軟質層間フェライト領域への炭素の拡散を誘導する。

【0324】

誘導硬化
誘導硬化は、ワークピース内で直接熱が発生する硬化プロセスである。この種の熱処理の主な利点は、材料が所望の温度に迅速に到達することである。別の利点は、開放火炎または持続的な加熱環境を必要としないことである。加熱後、構成要素は、次いで、液体または気体を使用して熱を除去する急冷プロセスを経て、有利であり得る特性を有する冶金構造が形成される。

【0325】

急冷後、金属部品は、脆性および硬度を低下させるが靭性を増加させる低温熱処理プロセスである焼戻しを受けることができる。硬化と焼戻しの組み合わせは、所望の硬度／靭性比を達成するように調整される。

【0326】

誘導硬化を実行する場合、ワークピースの硬化深さは、誘導機械の電力出力、インダクタ電流の周波数、インダクタコイルの形状、インダクタコイル要素の結合距離、冷却剤および潤滑流体の流量および材料特性、ならびに設備および動作の他の属性を調整することによって制御することができる。表面硬化は、材料のバルクの延性を低下させたり脆性にしたりすることなく耐摩耗性を高めることができるため、特に重要である。

【0327】

硬化ばね鋼
熱間成形後、ばね鋼は、２２５BHNの硬度を有するように約６４０～約７００℃で準臨界焼鈍される。正規化は、約８５０～約８８０℃で行われる。油冷却は、約８３０～約８６０℃で行われ、焼戻しは、必要とされる機械的特性に応じて約４００～約５５０℃で行われる。

【0328】

極低温処理
極低温処理は、特定の材料に著しい形質転換効果を及ぼすことができる。例えば、鋼の極低温処理では、金属中の特定の残留オーステナイト構造をマルテンサイトに変換し、これは最初は非常に硬くて脆いが、金属が室温に戻るにつれて焼戻しされてより良好な靭性特性を提供する。ツール鋼などの高合金鋼の極低温処理はまた、鋼中に存在するより大きな炭化物粒子間のマルテンサイト組織内に分散した非常に小さな炭化物粒子の形成をもたらす。これらの小さな粒子は、非常に小さな骨材から作られたコンクリートに対して、大きな骨材から作られたコンクリートに類似した方法で鋼を強化するように作用する。小さな骨材は、はるかに強いコンクリート混合物を作り、マルテンサイト母材内の小さな硬質炭化物粒子は、母材を支持し、異物による浸透に抵抗し、研磨摩耗を低減するのに役立つ。

【0329】

炭化物インサートおよび成形ツールはまた、極低温処理による耐摩耗性の増加を示し得る。これは、処理の冷却段階中に炭化物インサートがわずかに収縮し、炭化物とバインダとの間の微小空隙内にいくらかの塑性流動を生じさせることに起因し得る。炭化物が周囲温度に戻ると、空隙の表面に圧縮応力が残る。これらの圧縮応力は、空隙によって引き起こされる局所的な弱化を打ち消す傾向があり、それによって耐摩耗性の全体的な改善をもたらす。

【0330】

力処理
ピーニング（ハンマリング）
ピーニングは、運動エネルギー伝達を使用して金属応力を低減し、疲労および耐応力破壊性を改善する冷間加工プロセスである。従来のピーニングは、ハンマーを使用して部品の表面に繰り返し当たるように行われる。

【0331】

ショットピーニング
ショットピーニングは、ショットブラストまたはビーズブラストとしても知られており、ショットとして既知であるビーズを使用して行われるピーニングの一形態である。ショットピーニングでは、小さな球形ショットが仕上げされる部品の表面に衝突する。ショットはピーンハンマーのように作用し、表面を窪ませ、窪みの下で圧縮応力を引き起こす。媒体が部品に当たり続けると、処理されている金属表面全体に複数の重なり合うディンプルが形成される。表面圧縮応力は金属を強化し、完成部品が疲労破壊、腐食疲労および亀裂、ならびにキャビテーションからのかじりおよび浸食に耐えることを確実にする。ショットピーニングは、セラミック、ガラス、鋼、または所望の物理的特性を有する任意の他の材料のビーズを使用して実施することができる。超音波ピーニングは、衝撃を伝達するために液体媒体を使用して実行され、運動エネルギーの標的材料への移動を引き起こすことができる。

【0332】

表面処理
SCOFAST機械内で有利に実施され得る表面処理の例には、電気めっき、無電解めっき、酸化物コーティング、陽極酸化、不動態化、電解研磨、焼鈍、浸炭、窒化、析出硬化、熱バリ取り、ろう付け、ウェットブラスト、蒸気ホーニング、ホーニング、コーティング、粉末コーティング、塗装、染色、靭性処理、大気プラズマによる処理、脱脂化合物、グリットブラスト、レーザアブレーション、表面コーティング、研磨、ワックス処理、ワックス除去などが含まれる。

【0333】

レーザまたは電子ビームによる表面合金化
レーザまたは電子ビーム表面合金化では、層表面材料が溶融され、第２の物質が冷却前に表面材料と混合され、ワークピースの表面上に異なる合金が形成される。

【0334】

不動態化
不動態化とは、金属がより化学的に安定になり、望ましくない方法で他の元素と反応する傾向が少なくなるように、表面またはその直下の金属の化学構造を変化させることを意味する。不動態化の利点には、硬度の増加、腐食感受性の低下、および外観の改善が含まれ得る。

【0335】

化成コーティング
化成コーティングは、部品の表面に添加される異なる材料を含むコーティングとは区別されるように、部品の既存の材料の表面化学が変更または「化成」されるものである。

【0336】

陽極酸化
陽極酸化は、アルミニウム、チタン、またはマグネシウム部品の表面を不動態化するための化成コーティング技術である。典型的には厚さ約５ミクロンの金属の最上層を洗浄し、ストリッピングする（例えば、物理的処理、溶媒、洗剤、強アルカリ溶液、および強酸溶液のいくつかの組み合わせを使用して）。部品には正の電荷（陽極酸化では「陽極」）が与えられ、電解質と呼ばれる別の液体に曝される。この部品は、電解質中の負に帯電したイオンを誘引し、これが金属表面と結合し、腐食、摩耗、および表面傷に対してより耐性のある酸化物層を生成する。着色染料は、それらを電解質に添加することによって酸化物に組み込むことができる。選択された領域は、パターン陽極酸化またはブラシ陽極酸化として知られるプロセスによって陽極酸化されてもよい。

【0337】

ブルーイング
ブルーイングは、鉄系金属に使用され得る不動態化変換コーティングである。部品を陽極酸化のために洗浄し、次いで一連の化学溶液に曝露してマグネタイト（Fe３O４）を堆積させ、これは薄いコーティングでは銃の銃身によく見られるよく知られた青色の表面として現れる。

【0338】

黒色酸化物仕上げ
黒色酸化物仕上げは、青みを付けるために使用される仕上げよりも厚く色が濃いマグネタイト（Fe３O４）の化成コーティングである。

【0339】

コールドブラック酸化物
「コールドブルーイング」と呼ばれることもある低温黒色酸化物仕上げは、マグネタイト変換コーティングに似ているように見える仕上げであるが、実際には変換コーティングではなく、銅セレン化合物の堆積層である。

【0340】

銅用黒色酸化物
銅用の黒色酸化物は、酸化第二銅の化成コーティングである。他の「黒色酸化物」コーティングは、多くの他の金属に利用可能であり、いくつかは化成コーティングとして、いくつかは別の物質の堆積層として利用可能である。

【0341】

パーカライジング
パーカライジングは、ブルーイングよりも堅牢なつや消しの灰色表面変換コーティングである。

【0342】

亜鉛めっき
亜鉛めっきは、犠牲陽極材料、最も一般的には亜鉛で部品をコーティングすることを指す。亜鉛めっきは、浸漬、スプレー、電着、または他の方法によって完成することができる。溶融亜鉛めっきは、鋼または鉄部品を溶融亜鉛に浸漬することを指す。亜鉛コーティングは、犠牲アノードとしてだけでなく、鉄系金属の腐食保護を提供するための物理的障壁としても機能する。

【0343】

黄色亜鉛めっき
黄色亜鉛めっきは、その上にクロムの電気めっき層を有する亜鉛のめっき層である。

【0344】

クロムめっき
クロムめっきは、金属および金属化非金属材料に適用することができる一般的なめっきプロセスである。クロムめっきは、一般にニッケルおよびクロムを使用する。硬質クロム処理は、クロムのより厚い層を堆積させ、６８C～７２Cのロックウェル硬度をもたらす関連プロセスである。

【0345】

ニッケルめっき
ニッケルめっきは、装飾仕上げ、防食、ならびに表面硬度および耐摩耗性を高めるために使用することができる。ニッケルは、後のクロムの塗布のためのベースコートとしても使用される。めっき材料としてニッケルを使用することは、クロムのように有害であるとは考えられていない。

【0346】

他のコーティング
コーティングは、耐摩耗性を高めるため、耐酸化性を高めるため、摩擦を低減するため、金属疲労に対する耐性を高めるため、熱衝撃に対する耐性を高めるため、耐薬品性を向上させるため、導電性を変えるため、および他の多くの目的のために使用される。コーティングは、均一または複合であってもよく、単層、多層、ナノ層、ナノコンポジット、または勾配として幾何学的に特徴付けられてもよい。多層構造は、多層単層構造から構成され、各層は潜在的に異なる特性を有する。ナノ層構造は、各層が原子レベルの厚さである多層構造である。ナノコンポジットコーティングは、典型的には、強靭なバインダ相と硬質結合成分（例えば、炭化物を有するコバルト）とを組み合わせる。勾配コーティングは、典型的には、深さにおいて弾性であり、表面に近いほど硬く、より耐摩耗性になる。

【0347】

コーティングは、液体、蒸気、ガス、粉末、または固体の形態で、溶液中の溶解物質として、懸濁液中の粒子状物質として、および他の形態で適用することができる。

【0348】

コーティングは、浸漬、ブラッシング、圧延、スプレー、スピンコーティング、フローコーティング、電着、静電堆積、エアロゾルコーティング、噴霧コーティング、水浴フィルムコーティング、および他の方法によって適用することができる。

【0349】

コーティング厚さは、破壊的に、予測的に、または磁力、磁気誘導、渦電流、屈折率、消衰係数、透過率、キャパシタンス、および他の属性の定量的評価などの非破壊技術によって検査することができる。他の定量的技術としては、オージェ電子分光法、X線蛍光、X線分光法、超音波パルスエコー、ベータバックスキャッタ、レーザ三角測量などが挙げられる。

【0350】

蒸着
コーティングは、化学蒸着(CVD)法によって適用することができる。これは、基材を加熱し、ガス流に曝露する。ガスは高温基材上で反応または分解し、そこで最適な層接着および一貫した層分布を有するコーティング層を形成する。例：四塩化チタン＋高温表面を囲む水素＋窒素＝＞窒化チタンコーティング＋HCL。使用される温度は、典型的には１０００C程度である。

【0351】

あるいは、物理蒸着(PVD：physical vapor deposition)法は、部品を真空チャンバ内に配置し、加熱、アーク放電、カソードスパッタ、または他の何らかの手段などの何らかの手段によって気化した材料を導入する。気化した材料は、真空を通って広がり、基材と接触するあらゆる場所に付着する。蒸着は、典型的には、ソースからターゲットまで見通しで行われる。例えば、所望のコーティングが開放された中空セラミック容器の内面に均一に噴霧され、次いでSCOFAST機械内の容器内に部品が懸架された後、セラミック容器が補助コレットプレートに対して封止され、部品を内部にして真空下に置かれ、誘導コイルが作動されてセラミック容器の全内容物をコーティングの真空気化に十分な温度まで加熱する場合、コーティングは部品の周りに３６０度の分布で気化され、対称的なPVDコーティングが発生する。ほぼあらゆる金属をPVDコーティングに使用することができる。

【0352】

化学的表面処理
化学的表面処理は、ワークピースの表面またはその近くでワークピース材料特性の変化を引き起こす物質へのワークピース表面の曝露である。そのような処理の一例は、四塩化チタン、水素、および窒素を含む雰囲気中での材料の加熱であり、窒化チタン（加熱された材料の表面に堆積する）およびHClの化学的形成をもたらし、また、加熱およびその後の冷却に起因するバルク材料の微細構造の物理的変化、ならびに材料への水素の移動による材料特性の変化をもたらす。

【0353】

エネルギー処理
変換動作は、任意のエネルギー源からの任意の形態のエネルギーの伝達を含み得る。エネルギー源のいくつかの例としては、放射線源、フォトニック源、運動源、電源、静電気力、磁気源、電磁源、重力源、核力などが挙げられる。

【0354】

物理的、化学的および物理化学的処理
化学的変化は、化学結合が変化し、元の物質とは異なる特性を有する新しい物質を生成するものである。物理的変化は、物質自体の化学的変化をもたらさない物質の状態の任意の変化である。物理化学的変化は、物理的変化および化学的変化の両方を包含する。SCOFAST機械内の動作として、任意の物理的、化学的、または物理化学的変化をもたらすことができる。SCOFAST機械内では、処理は、吸熱性、発熱性、または適温性であってもよく、または上記の任意の組み合わせを含む状態を通じて進行してもよい。

【0355】

処理は、例えば、結晶格子（純粋または何らかの方法でその中に分布した不純物を有する）またはガラスまたはアモルファス固体のように、バルク材料内およびその表面上の原子および分子ならびに原子および分子の群の３次元構造を変化させることができる。

【0356】

振動は、ワークピース内に振動モードおよび相対応力ゾーンを誘発する可能性があり、材料の物理的特性は異なるゾーンで異なる。SCOFAST機械内では、処理は任意の周波数の振動を含むことができる。

【0357】

材料の特性を変更するためのエネルギー含有量の操作は、任意の所与の機械内で実行することができる動作の効率および有効性を変更することができる。例えば、切削前にツールまたは材料を加熱または冷却することは、ツール寿命を改善し、切削特性を変化させ、その金属を効果的に機械加工することができない切削ツールの影響を材料が受けやすくすることができる。エネルギー操作の使用はまた、他の方法では不可能であったであろう新たな動作を可能にすることができる。例えば、材料を加熱することにより、他の方法ではそのような動作が不可能であった機械で、または他の方法では不可能であった方法で、または他の方法で達成されたものとは異なる結果で、その材料を鍛造、打ち抜き、または曲げることを可能にすることができる。エネルギー操作はまた、化学的処理などの他の処理を引き起こすかまたは容易にすることができる。

【0358】

金属に関して、原料の製造およびその製造に使用される通例の重い冷間加工処理工程は、硬度、表面硬度、弾性、変形、および破損を含む特定の物理的特性を共にもたらす特徴的な分布を有する特定の種類の分子欠陥を導入する。さらに金属加工工程を進めると、必然的に追加の欠陥が生じ、多くの場合、ワークピース全体に不均一な空間分布が生じる。最終製品の最終的な物理的特性は、これらの基本的な欠陥および蓄積された欠陥によって強く影響を受ける可能性がある。そのような欠陥は、特定の処理プロセスによって修正、除去、または緩和され得る。例えば、チタンニオブ合金では、ベータからオメガへの変態は、単一のbccベータ相場からの急速冷却によって、またはその後の等温時効によって熱的に起こり、ベータマトリックス全体に均一に分布した楕円形または直方体のオメガ粒子を生成することができる。ベータからオメガへの移行はまた、高い歪み速度の圧縮負荷（衝撃負荷）によって機械的に誘発され、不均一に分布したオメガプレートを生成することがある。一実施形態では、ここに記載されているような処理（例えば、ベータからオメガへの変換が誘導され得るもの）は、SCOFAST機械内での動作として実行される。

【0359】

他のSCOFAST動作
配置、撮像、測定、インデックス付け試験(LIMIT)
配置、撮像、測定、インデックス付け、および試験(LIMIT)動作には、機械状態を定量化および管理するために使用されるもの、ならびにワークピースに対して実行される動作の管理に使用される動作が含まれる。自動測定、インデックス付けおよび配置は、較正された測定プローブおよび／または測定される物体と接触する他の装置の使用によって、および／または撮像、干渉法、飛行時間計算、幾何学的分析、および当業者に既知であるか、または将来開発または発見され得る他の技術を使用する非接触方法によって実行され得る。LIMIT技術および動作の他の例には、目視検査、機械ビジョンアプリケーション、パターン認識、赤外線温度測定、微量元素検出、赤外線撮像、比高温測定、超音波撮像、超音波測定、レーザ撮像、レーザ測定、放射線検査技術、漏れ試験、引張試験、座標測定、分光分析、および現在既知であるかまたは将来開発され得る他の多くの技術が含まれる。多くの実施形態において、LIMIT動作は、SCOFAST機械内で有利に実行される。

【0360】

機械加工後かつ部品を機械から取り外す前に、部品が規格内であるか規格外であるかを検出することによって、多くの有利な結果が達成され得る。ツールの摩耗または移動は、即座に（実際には連続的に）補正することができ、無駄を減らすことができる。仕様を満たさない部品は、問題を解決するために再機械加工することができるかもしれないし、異なる仕様または完全に異なる部品に機械加工することができるかもしれない。例えば、シャフトの端部の仕様外の長いボルトは、現場でより短いボルトに変換することができる。ジョブは、比較的高い不合格率をもたらす極端に狭い公差を必要とする大きな部品と、より緩やかな公差を持つ小さな部品を組み合わせて生産するように設定することができる。通過できないすべての大きな部品は、追加の取り扱いコストを負担することなく、小さな部品に再機械加工することができる。

【0361】

機械から取り出す前に部品を分類することになるLIMIT動作は、最初から良好な部品と不良とを分離することを可能にし、検査および分類コストを削減する。２つの異なる公差で作製され得る部品は、その場で検査され、それらがどの公差を満たすかに関して打ち抜きまたはレーザマークされ、それらが機械から出るときにすべて単一の動作で分離され得る。

【0362】

機械ビジョンは、機械加工された表面が明るく反射性である場合、公差の測定に困難を伴うことが多い。このため、接触プローブ（場合によっては数十または数百のプローブ）を使用する別個の測定ステーションがしばしば使用される。測定のために部品を搬送、分類、および整列させるためにロボット処理が使用される場合でも、追加のコストおよび複雑さは非常に高くなる可能性があるため、均一な部品の非常に大規模な製造工程でのみセットアップコストが正当化され得る。

【0363】

SCOFAST機械内では、機械加工された部品は、画像検査の前に表面の色および／または反射率を変更するように処理されてもよく、表面処理は、本明細書に記載の処理または任意の他の方法によってその後除去され、部品は、正確に既知の位置合わせで正確に既知の位置にずっと残る。さらに、部品の各特徴は、画像プロセッサを混同させる後の要素の存在なしに、作成されるとすぐに撮像および測定されてもよい。

【0364】

部品の位置および整列は既に高い精度で既知であるため、部品が原位置のままである間、撮像は本質的により正確になる。基準特徴の検出およびそれ自体に対する部品の測定に頼るのではなく、機械上の固定位置を参照して測定を行うことができる。

【0365】

配置、撮像、測定、インデックス付け、および試験に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第４８１９１９５号明細書、米国特許出願公開第４９７４１６５号明細書、米国特許出願公開第５３９０１２８号明細書、米国特許第７３２１８４１号明細書、米国特許第７５８７０８２号明細書、米国特許第７６２３０３６号明細書号明細書、米国特許第８４１１９２９号明細書、米国特許第８７３１７１９号明細書、米国特許第９１８８９７３号明細書、米国特許第９４２０２０５号明細書、米国特許第９８６３７５１号明細書、米国特許第９８６９６２３号明細書、米国特許第９９５８８５４号明細書、米国特許第１０３２８４１１号明細書、米国特許第１０４０１１４４号明細書、および米国特許出願公開第２０２０００２５５６１号明細書に提示されており、その各々は参照により組み込まれる。

【0366】

機械の状態を評価、定量、および緩和するのに有用ないくつかの例示的な技術は、米国特許文献の米国特許第７５２５４４３号明細書、米国特許第８３９３８３６号明細書、米国特許第８９２４００３号明細書、米国特許第９１７６００３号明細書、米国特許第９２２３３０４号明細書、米国特許第１０５１４６７６号明細書、米国特許第１０５２５５５０号明細書、米国特許第１０８３８３９２号明細書、および米国特許出願公開第２０１７０３５５００５号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0367】

動き
動きは、ある基準座標系に対する線形または角度位置の変化である。モータは、力を加えるか、それ以外の方法でエネルギーの伝達を引き起こし、運動をもたらす装置である。いくつかのシナリオでは、モータは、エフェクタまたはアクチュエータとしても知られ得る。SCOFAST機械内の動きは、電気、磁気、電磁気、空気圧および／または流れ、油圧および／または流れ、内燃、外燃、熱伝達、化学反応、ばね作用、生体力学的または他の生物学的作用、静電気力、原子力、核の強力または弱力、重力、または現在既知であるかまたは将来発見され得る任意の他の手段によって動力供給されるかどうかにかかわらず、任意の種類の１つまたは複数のモータ（例えば、直線、回転、往復、または任意の他の幾何学的形状）の作用によって開始、増加、維持、減少、および／または停止され得る。SCOFAST機械における動きの開始、維持、検出、および制御に関して有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第２８０９７３６号明細書、米国特許出願公開第３５６３１０６明細書、米国特許出願公開第３８８８１６８明細書、米国特許出願公開第４２７０４０４号明細書、米国特許出願公開第４４３２３３３号明細書、米国特許出願公開第５０９２５３９号明細書、米国特許出願公開第５０９３０５２号明細書、米国特許出願公開第５２７０６２５号明細書、米国特許出願公開第５３１７２２１号明細書、米国特許出願公開第５３７００１１号明細書、米国特許出願公開第５４７２０６５号明細書、米国特許出願公開第５６１３４０３号明細書、米国特許出願公開第５８３６２０５号明細書、米国特許第６２２３６４８号明細書、米国特許第６５５３８５５号明細書、米国特許第６６１６０３１号明細書、米国特許第６９２２９９１号明細書、米国特許第６９４１７８３号明細書、米国特許出願公開第４３１９１６８号明細書、米国特許第７０７７６２１号明細書、米国特許第７１００８７０号明細書、米国特許第７４０１５４８号明細書、米国特許第７５６０８８８号明細書、米国特許第７５７８２１２号明細書、米国特許第７７２６１２４号明細書、米国特許第８２６６９７６号明細書、米国特許第８３２２２４２号明細書、米国特許第８５２２６３６号明細書、米国特許第８８７０９６７号明細書、米国特許第１０２３６７６２号明細書および米国特許第１００２４４０５号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0368】

モータ
SCOFAST機械では、モータは動力を提供する任意のタイプの装置である。SCOFAST機械内のモータは、任意のサイズおよび任意のタイプであってもよい。

【0369】

機械制御
SCOFAST機械内では、任意のワークホルダまたはツールを作業空間内で任意に位置決めおよび移動させることができる。そのような機械的運動は、好ましくは、所望の運動自由度を提供するように配置されたモータを駆動するために運動コントローラから送信される駆動制御信号によって達成される。

【0370】

制御信号は、デジタルコンピュータ／コントローラCAD／CAMシステム内で発生し得る。あるいは、制御信号は、位置およびツール経路を指定するためのアナログシステム内で発生してもよい。あるいは、制御信号は、SCOFAST機械のユーザによって手動で生成されてもよい。あるいは、制御信号は、別の機械内で発生してもよい。いくつかの実施形態では、制御信号は、人工知能プログラムをホストするコンピュータ内で発生してもよい。そのようなシステムの一実施形態では、形成される物品の設計は、最初にコンピュータ上で作成され、市販のソフトウェアが、３次元形状を、コンピュータ支援機械(CAM：computer-aided machine)コントローラを通じて運動コントローラまたは駆動コントローラを介して前述の駆動モータに駆動信号として送信されるデータに変換するために利用される。そのような制御信号の作成および／または実行は機械制御であり、機械制御機能を実行するコンピュータまたは他の装置は機械コントローラである。

【0371】

機械制御は手動または自動であってもよく、機械はアナログ、デジタル、またはハイブリッドの機構を介して制御されてもよい。自動機械制御は、ほとんどの場合、一連のコード化されたメッセージが機械要素の位置および動きを制御する数値制御（NC：numeric control)またはコンピュータ数値制御(CNC：computer numeric control)である。

【0372】

機械システムの動作のための数値制御コードは、人間によって手動で作成されてもよいし、機械要素の物理的な位置を追跡することによる自動生成、ソフトウェアプログラムを実行するコンピュータによる自動生成、CADファイルからの自動生成、完成部品の画像またはモデルからのリバースエンジニアリングによる自動生成、AIシステムまたは機械学習システムによる自動生成、または任意の他の方法、または任意の方法の組み合わせによる完全または部分的な自動生成または最適化などの他の手段によって生成されてもよい。本明細書における数値制御、CNC制御、Gコード、機械プログラミング、機械制御、または任意のワークピース、ツール、もしくは機械構成要素の任意のプログラムされたもしくは自動化された動きへの言及は、任意の方法による機械制御の例として理解されるべきである。

【0373】

所望の製造結果を生成する工程の特定のシーケンスは、人間によって、または専門家によって書かれた確立された規則に従って決定論的ソフトウェアプロセスによって決定および最適化することができる。しかしながら、このようなシーケンスは、人工知能および機械学習技術を通じて、または表現方法にかかわらず、任意の他の統計的または数学的プロセスによって新たに最適化または生成することもできる。例としては、ファジー論理、単回帰および重回帰技術、機械分類器、教師あり学習、教師なし学習、強化学習、線形回帰、ロジスティック回帰、決定木、svm、ナイーブベイズ、knn、k－means、ランダムフォレスト、次元削減アルゴリズム、勾配ブーストアルゴリズム、gbm、xgboost、lightgbm、catboost、回帰アルゴリズム、インスタンスベースのアルゴリズム、正則化アルゴリズム、決定木アルゴリズム、ベイズアルゴリズム、クラスタリングアルゴリズム、相関規則学習アルゴリズム、人工ニューラルネットワークアルゴリズム、深層学習アルゴリズム、次元削減アルゴリズム、アンサンブルアルゴリズム、および当業者に既知であるような他の機械学習アルゴリズム、ならびに将来発見または発明され得る他のものが挙げられる。

【0374】

機械コントローラは、それ自体の制御ユニットに格納されたデータ、自己生成されたデータ、またはエンジニアリング設計および製品設計、ドラフティング、コンピュータ支援設計（CAD：computer－aided design）およびコンピュータ支援製造(CAM：computer-aided manufacturing)機能を実行するように構成された他のコントローラから受信したデータに基づいて機械を動作させるように構成され得る。

【0375】

機械制御に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第４８８４３７３号明細書、米国特許出願公開第４９６３８０５号明細書、米国特許出願公開第５３６３３０８号明細書、米国特許第６４００９９８号明細書、米国特許第６４９３６０７号明細書、米国特許第６６０６５２８号明細書、米国特許第７３９２１０９号明細書、米国特許第７８４７５０６号明細書、米国特許第７９８３７８６号明細書、米国特許第８０１１８６４号明細書、米国特許第８０２４０６８号明細書、米国特許第８２４４３８６号明細書、米国特許第９０１１０５２号明細書、米国特許第９４２１６５７号明細書、米国特許第９４５９６１６号明細書、米国特許第９４６５３８０号明細書、米国特許第９８６９９９０号明細書、米国特許第９８８０５４２号明細書、米国特許第９９３９８００号明細書、米国特許第１０００７２５４号明細書、米国特許第１０２２８６８１号明細書、米国特許第１０２８９０９６号明細書、米国特許第１０３２４４４５号明細書、米国特許第１０４０１８２３号明細書、米国特許第１０５５８１９３号明細書、米国特許第１０６８４６０５号明細書、米国特許第１０７３２６１１号明細書、米国特許第１０９２８８０２号明細書、米国特許出願公開第２００９０２２８１３８号明細書および米国特許出願公開第２０２１００１８８８７号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0376】

適応制御は、動作性能の変動に応じた加工条件の自動監視および調整である。適応制御の一例は、機械加工ツールのスピンドルおよびサーボモータへのトルクの監視である。機械加工ツールの制御ユニットは、機械加工動作に許容されるトルクの最小値および最大値を定義するデータでプログラムされる。例えば、鈍いツールが最大トルクを超える原因となる場合、信号が制御ユニットに送信され、制御ユニットは、送り速度を低減すること、スピンドル速度を変更すること、ツールを変更すること、動作を停止すること、または他の手段によって状況を修正する。

【0377】

Gコード
Gコード（RS－２７４としても知られている）は、最も広く使用されているコンピュータ数値制御(CNC)プログラミング言語である。これは、主にコンピュータ支援製造において自動機械加工ツールを制御するために使用され、多くの変形形態を有する。Gコード命令は、モータまたはアクチュエータにどこに移動すべきか、どれだけ速く移動すべきか、およびどの経路を辿るべきかを伝える機械コントローラ（産業用コンピュータ）に提供される。１つの一般的なシナリオは、旋盤またはミルなどのマシニングセンタ内で、ワークピースがコレットまたは万力などの固定または回転ホルダに固定され、一連の静的または回転切削ツールが一連のツール経路を介してGコード命令に従って移動され、ツールがワークピースから材料を切削することである。別の一般的なシナリオでは、Gコード命令はワークピースの位置決めをさらに制御する。ワークピースは、ツール経路に対して３つの標準寸法の周りの最大９つの標準軸のいずれかに（Gコード命令に従って）さらに正確に位置決めされる。所望に応じて追加の軸を定義することができ、ワークピースまたはツールのいずれかは、機械加工プロセス中に互いに対して移動することができる。同じ概念は、成形またはバニシングツール、フォトプロット、３D印刷などの付加的方法、および測定機器などの非切削ツールにも及ぶ。Gコード以外の様々な機械プログラミング言語および制御コードが同じ目的のために使用されてもよい。カムおよび感知ストッパなどの要素を使用する機械システムは、同じ機械制御を達成するために等しく使用することができる。

【0378】

熱補償
SCOFAST機械内では、半径方向の振れの制御および軸方向のスピンドルの成長の制御の両方のために、熱膨張を補償することが有利であり得る。スピンドルの成長は、温度および時間を使用してアルゴリズム的に推定されてもよく、または検出された変化に応答してリアルタイムで位置を調整することができるギャップ感知方法によって直接測定されてもよい。熱変位を補正するためのいくつかの例示的な技術は、米国特許文献の米国特許第６６５１０１９号明細書、米国特許第７２４５９８３号明細書、米国特許第８２５５０７５号明細書、および米国特許第１０１８５３０４号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0379】

データ
データ収集および集約はまた、SCOFAST機械内で有利であり得る。センサデータは、ワークピース、ワークホルダ、ツール、ツールホルダ、アクチュエータ、スピンドル、スイッチ、トルク源、および機械の他の作業要素から直接生じ得る。加えて、センサデータは、SCOFAST機械の一部を形成してもよく、または機械の外部にあってもよい専用の感知、撮像、検出、および測定デバイスを使用した観察によって収集されてもよい。データは、そのようなセンサが現在既知であるかどうか、または将来開発または発見されるかどうかにかかわらず、任意のタイプのセンサから収集することができる。

【0380】

データは、プロセスごと、機械構成要素ごと、機械ごと、機械全体、およびデータ要素の任意の組み合わせに適用される基準の任意の組み合わせに基づいて集約され得る。データは、SCOFAST機械の一部を形成するコンピュータ内に記憶されて利用されてもよく、またはSCOFAST機械とインターフェースする外部コンピュータシステムに通信されてもよい。データは、有利には、製造サイクルにオンザフライで調整を行うことができる閉ループ「スマート」プロセスに使用され、リアルタイム分析および遡及的分析にも使用される。例えば、ツール振動およびトルクデータを捕捉するセンサを使用して、航空宇宙産業で一般的なアルミニウムおよび炭素繊維強化プラスチック(CFRP：carbon fiber reinforced plastics)の積層などの異なる材料の複数の層をツールが穿孔する際の穿孔パラメータを調整することができる。別の例では、振動およびトルクの連続的な監視は、ツール損傷の即時検出およびツール摩耗の定量化を可能にすることができ、これらは両方とも、厳密な公差を必要とする高価値部品を製造する場合の明らかな利点である。別の例では、穿孔中の孔径の連続的な監視は、ミクロンレベルの公差を達成するための補償を可能にすることができる。ツール、スピンドル、ワークピース、ならびにセンサデータの収集および接続のための技術および機構は、そのようなデータの収集および集約を容易にするのに有利である。

【0381】

組み立て
部品の組み立ては、１つまたは複数の別個の部品が製造される同じ空間コヒーレント機械で実行されてもよい。SCOFAST機械における組み立ての一例は、対応する六角ナットを有する特別なボルトの製造である。六角ナットは、成形、機械加工、および変換（処理）動作の組み合わせによって製造され、切断の瞬間に保持ツールによって保持される。次いで、機械は、成形、機械加工、および変換動作の組み合わせによって対応するボルトを製造する。ボルトを解放する前に、予め製造されたナットがボルトにねじ込まれ、ボルトが切断されて回収されるときに２つが一緒に固定される。測定および試験動作もボルトが切断される前および／または後に実行されてもよく、部品品質に明らかな影響を及ぼす。

【0382】

力処理方策
ツールの空間的位置、向き、回転、ツール保持、および能動的なツール能力に加えて、ワークホルダとツールホルダとの各組み合わせでどのような動作を実行できるかを決定するときに、ツールの力生成および力受容能力を考慮に入れなければならない。バルク鍛造などのより強い力の動作は、ミリング加工および加熱などのより弱い力の動作よりも多くの力の処理を必要とする。押圧力は、力生成器によって生成され、ワークピースおよび／またはツールを介して力受容器に伝達される。力生成器および力受容器はまた、ある方向に作業が行われていないときにその方向の正味の力が０になるように、機械ベッド、フレーム、または他の一体化要素（「フレーム」）に力を加える。

【0383】

成形動作、除去動作、および他の動作に必要な力は、ワークホルダ、ワークピースポジショナ、ツールホルダ、ツールポジショナ、フレーム、ベッド、および／またはSCOFAST機械の他の要素の作用によって生成、伝達、対抗、減衰、または吸収され得る。

【0384】

SCOFAST機械の多くの用途は大きな力を伴わない。例えば、食品要素、バイオセル構造体、プラスチック、および降伏強度が低い他の材料は、SCOFAST機械要素の強度および剛性に対する懸念をほとんど伴わずに容易に成形および機械加工される。しかしながら、高い降伏強度を有する金属および他の材料を含む成形動作は、付加的または機械加工要素が通常設計される力よりも著しく大きい力の適用および伝達を必要とする場合がある。付加的および／または除去的ワークセンタを備える既存の機械設計がSCOFAST動作を処理するために再設計または後付けされる実施形態では、機械の力生成要素ならびに力送出および受容要素の両方を増強することが必要な場合がある。

【0385】

力生成方策
空気圧または油圧駆動装置の変換
空気圧または油圧設備をSCOFAST機械に変換する場合、動作に所望の力および速度を供給するために、より高い圧力および流量が必要とされる場合がある。追加のポンプを追加し、ポンプをより高容量のポンプに交換し、流路および継手のサイズを大きくし、バルブ容量を増加させることによって、増加した流量を得ることができる。シリンダサイズを大きくし、追加のシリンダを追加し、圧力制御バルブを変更し、ポンプ圧力を増加させ、ポンプをより高い圧力のポンプに交換することによって、増加した圧力を得ることができる。改良された制御は、加圧リザーバシステムを可変流量サーボポンプ駆動システムに変換することから得ることができ、鍛造時に高圧および高流量を可能にし、他の時には低圧および低流量を可能にする。

【0386】

場合によっては、元のシステムの幾何学的形状では、シリンダサイズを大きくしたり、追加のシリンダを追加したりすることが簡単ではない場合がある。様々な機械的連結および他の方策を使用して、所望のシステム要素に追加の力を送達することができる。例えば、追加のリアシールおよび連結ロッドを既存のシリンダに追加することができ、幾何学的に一直線上にあるシリンダから追加の力を送達することができる。

【0387】

従来の油圧プレスは、油圧力を提供するために加圧流体アキュムレータおよびサーボ制御弁を使用する。アキュムレータのない制御モードでサーボモータポンプを使用すると、油圧プレスのエネルギー効率、ストローク時間、および成形能力を大幅に改善することができる。機械式サーボドライブを使用することもできる。機械式サーボドライブの利点は、精度、再現性、プログラムされたストローク速度および長さの変動性、ならびに動作コストの低減を含む。

【0388】

油圧シリンダの重量は、力が釣り合っており、したがってシリンダが停止してその最大圧力を及ぼすときに加えられる静的な力である。この力は、シリンダ油圧（単位面積当たりの力）にシリンダ断面積を乗じたものに等しい。

【0389】

スクリュー駆動装置の変換
既存のスクリュー型駆動装置の定格容量は、使用される材料を変更すること、駆動フレームマウントを改善すること、ボールサイズおよび予圧を変更すること、またはボール駆動装置から螺旋ブロック駆動装置に変換することによって増加することが多い。より大容量のモータを使用することができ、トルク定格に関してモータを最適化することができる。追加の駆動装置を直列および並列に追加することができる。

【0390】

力受容方策
鍛造または他の力成形動作を実行するときにワークピースに送達され得る力の量を増加させるために、スピンドルベアリングおよび他の機械構成要素が必要な負荷を受け取り、伝達する能力を高めるために、様々な方策が使用され得る。このような方策は、鍛造やその他の成形機能を、そうでなければ低負荷の成形動作でさえ負荷に耐えられないような軽量機械に後付けする場合に必要になることがある。これらの手法はまた、費用効果の高い方法で機械の成形能力を増加させるために新しいシステム設計で使用されてもよい。そのような技術のいくつかの例をここに提示する。開示されたシステムおよび方法は、現在存在し得る任意のそのような技術ならびに将来開発され得る任意の技術を組み込むことができることが当業者には明らかであろう。

【0391】

多くのシナリオでは、スピンドルに固定されたコレットまたは他のワークホルダなどの工作物保持装置に保持されたワークピースに成形力を送達することが有利である。成形力がワークピースに加えられると、スピンドルベアリングは、軸方向力、半径方向力、または半径方向力と軸方向力との組み合わせを受け取ることができる。スピンドルベアリングが受け取る力に対して設計されていない場合、早期のベアリング故障が生じる可能性がある。スピンドルベアリングに伝達された力は、任意の介在する機械的要素（例えば、スピンドルベアリングマウント）を通ってフレームに伝達される。

【0392】

ベアリング支持部
旋削および機械加工システムでは、通常、スピンドルは、あらゆる方向に極めて正確な位置決めおよび支持を提供するように意図されたベアリングによって支持される。SCOFAST機械の任意のスピンドルに固定されたワークピースに鍛造力および押圧力が向けられるとき、それらの力は任意の方向でワークピースに加えられてもよい。スピンドル軸と一致しない軸に沿ってワークピースに力が加えられる場合、スピンドル軸に沿って投影されるベクトル成分（「軸力」）およびスピンドル軸を横切る軸に沿って投影されるベクトル成分（「半径方向力」）に関して力が考慮され得る。スピンドルが軸方向力および半径方向力の両方に耐える能力は、SCOFAST機械で成形動作を実行するときに重要である。多くのマシニングセンタ設計は、半径方向力に抵抗する高い能力を有するが、両方の軸方向の軸方向力を支持する能力は低いスピンドルベアリングを利用する。SCOFAST機械内で行われる鍛造、プレス、および他の成形動作は、力を受け取る特定のスピンドル軸の力処理能力に合わせて較正されなければならない。力処理能力は、ベアリングをより強いベアリング設計またはより強い材料に置き換えること、ベアリングのサイズまたはタイプを変更すること、および同じタイプまたは相補的なタイプの追加のベアリングを追加すること（例えば、角度接触ベアリング、ラジアルベアリング、またはローラベアリングに加えてスラストベアリングを追加する）を含む様々な方策によって増強することができる。高負荷条件下ではベアリング寿命が短くなる可能性があるため、SCOFAST機械設計は、ベアリングの調整および交換を容易にする要素を含むことができる。

【0393】

スピンドルを通って、したがってスピンドルベアリングを通って伝達される負荷は、旋削センタにおいて振れ止め装置またはフォロアによって提供されるものと同様の外部支持を加える（例えば、一時的な非円周方向ベアリングをワークピースまたはいくつかの機械部品に接触させる）ことによって、鍛造においてカウンターブローハンマーによって提供されるものと同様の能動的な対抗力を加えることによって、および当業者には明らかであろう他の方策によって低減することができる。

【0394】

軸方向支持コレットは、主軸台の後部に追加され、主軸台またはフレーム要素に固定され、軸方向負荷動作中にバー材をクランプするように構成され、したがってスピンドルベアリングによって処理される力の量を低減することができる。バー材フィーダ自体は、バー材に軸方向（例えば、前方）の圧力を定期的に提供し、成形力に対抗してスピンドルベアリングに予圧をかけるように構成されてもよい。

【0395】

ベアリング
ベアリングは、相対運動を所望の運動のみに制約し、可動部品間の摩擦を低減する機械要素である。機械加工用途では、ベアリングは機械加工ツールの速度、回転、振動、精度、および温度に影響を及ぼし、最終製品の品質を変化させる。ベアリング精度の認識された規格には、AFBM Std２０－１９７７（ABEC）およびDIN６２０（P）が含まれる。これらの規格は、ABEC１－３およびPNとして多くの一般的な用途のための通常のベアリング精度レベルを定義している。高動作精度、高速、および静かな運転のための高精度クラス規格は、ABEC５／P５である。ABEC７／P４およびABEC９／P２は、動作精度、速度、ノイズに対する要件がさらに高くなっている。

【0396】

スピンドルベアリングは、典型的には、所望の方向におけるスピンドルの動きを合理化するボールまたは他の転動体を有するリングまたは一連のリングから構成される。設備および所望の動きに応じて、ベアリングは、軸方向力および半径方向力の両方を伝達および分配しながらスピンドルの動きを制御および促進するように設計することができる。それらは、機械加工ツールスピンドルの負荷圧力、温度、および高速、ならびに成形動作に関連する上昇した負荷に耐えることができなければならない。いくつかの一般的なベアリングタイプは、エラー！参照ソースが見つからない。に示されている。半径方向および軸方向の負荷処理能力は、ベアリング材料、サイズ、タイプ、数、および構成を変更することによって増加させることができる。

【0397】

ベアリングに関連するいくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３０２６１５６号明細書、米国特許出願公開第３３５３８７５号明細書、米国特許出願公開第３３８９６２５号明細書、米国特許出願公開第４８１５９０３号明細書、および米国特許第１０３３５８６０号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。さらなる例は、非米国特許文献の中国特許出願公開１０４５２６５４６号明細書、中国特許出願公開１０９９０９７４６号明細書、中国実用新案２０３９２６４３４号明細書、特開２００５０８８１３２号明細書、および国際公開２０１３１１０３３７号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0398】

角度接触ベアリング
角度接触ボールベアリングは、最も一般的なスピンドルベアリングである。それらは転動ベアリングであり、同心の溝付きリング間の転動ボールの１つまたは複数の列からなる。それらは、一方向の半径方向負荷および軸方向負荷の両方に有用であり、それらの軸方向負荷支持能力は、負荷がベアリングに接触する角度によって決定される。角度が大きいほど、軸方向負荷容量が大きくなる。

【0399】

ラジアルまたは深溝ベアリング
産業機械においてよく知られているラジアルベアリングは、主にラジアル軸の負荷支持に使用される転動ベアリングである。角度接触ベアリングのように、それらは、それらの間に転動ボールを有する内側および外側リングから構成される。しかしながら、ラジアルベアリングは、軸方向の両方向に負荷を支持することもでき、それにより、ラジアルベアリングは、角度接触ベアリングよりも用途が広くなる。

【0400】

ローラベアリング
ローラベアリングは、ボールの代わりに転動シリンダを使用することによって運動を向上させる。それらは、主に半径方向負荷および軸に平行な軸方向負荷を一方向に支持するために使用される。これらは、摩擦を低減し、設備の速度を向上させるために中程度から高速の用途に有用である。

【0401】

スラストベアリング
スラストベアリングは、回転装置の軸方向負荷を主に支持する転動体を有する。スラスト構成では、いくつかの形式のベアリングが利用可能である。ラジアル負荷ベアリングが対向する内側および外側ベアリングリング上にボールまたはローラレースを配置するのに対して、ほとんどのスラストベアリングは、メイティングリングの面に機械加工された軌道を有する。重く高精度のスラスト負荷を特異的に支持するように設計されたスラストボールベアリングは、駆動シャフトに平行な非常に正確な軸方向支持を提供するが、ほとんどのスラストベアリングは、ラジアル負荷またはモーメント負荷に対する支持をほとんど提供しない。転動体は、用途に応じて、ボール、ローラ、またはニードルであってもよい。

【0402】

円錐ころスラストベアリング－－ベアリング軸と、軌道と円錐ころとの間の接触線との間に形成される角度が、このベアリングが収容できるスラストの程度を決定する。この角度が４５°より大きい場合、ベアリングは軸方向負荷により適している。ベアリング軸とローラ軸との間の角度が９０°に達すると、ベアリングは軸方向負荷にしか耐えることができない。これらのベアリングは、ローラアセンブリを保持するためにケージ、および場合によってはフランジを必要とする。

【0403】

高負荷の円錐ころスラストベアリングも、対向する円錐ころの第２の列を用いて製造される。軌道の形状を変更することにより、このタイプの「スクリューダウン」ベアリングは、軽度または中程度の角度の不整合に耐える。

【0404】

円筒状ローラスラストベアリング－－このタイプのベアリングは、円筒状ローラをベアリング軸の周りに垂直に半径方向に動かす。これらのローラは、ローラとハウスワッシャ軌道の外壁との間の応力を低減するためにクラウン加工またはエンドリリーフ加工されなければならない。これらは、展開されるために多くの軸方向空間を必要とせず、また二重列の変形形態をもたらす。これらは実質的な軸方向負荷には適しているが、半径方向負荷には推奨されない。

【0405】

球形ローラスラストベアリング－－転動体は樽形であり、軌道は標準的な円錐ころベアリングに見られる円錐カップ設計によく似ている。これは、シャフトの撓みまたは衝撃負荷が発生する可能性がある用途において有益な自己整列能力を有するベアリングを提供する。それらは、一方向の大きな軸方向推力を支持し（両方向に変形例が存在するが）、中程度の半径方向負荷にも耐えることができる。円錐ころスラストベアリングと同様に、ローラ軸とベアリング軸との間の角度は、軸方向負荷／半径方向負荷の比を決定する。

【0406】

スラストボールベアリング－スラストボールベアリングは、いかなる半径方向負荷も伝達することができない。このタイプは位置ずれしやすく、製造業者は、この可能性を低減するためにハウジングワッシャに成形溝を含むことが多い。高速用途には優れているが、高負荷の下では性能が悪化する。

【0407】

ニードルローラスラストベアリング－－ニードルローラスラストベアリングは、それらの最小高さおよび多数の転動要素のために評価されている。したがって、それらは、シャフトまたはハウジングワッシャなしで実装されることがあり、適切な場合、転動体は回転構成要素と直接接触している。これらは、非常に高い軸方向負荷および衝撃負荷に対応することができるが、半径方向負荷には全く対応できない。

【0408】

流体力学的スラストベアリング－－ベアリングの幾何学的形状および潤滑剤の粘度に起因して、高圧下で堅牢な潤滑剤または空気クッションが軸方向負荷を支持する。回転中、流体はベアリングパッドに引き込まれ、最小摩擦流体バッファを形成する。負荷は、パッドの形状によって形成された流体のくさび上で支持される。潤滑剤の圧力および分散をそれぞれ維持するために、シールおよび特別なタイプのケージが必要である。流体力学的ベアリングは、ベアリング全体に不均一なスラスト負荷を許容するが、この位置ずれにもかかわらず流体シールを維持する傾斜パッドを用いて製造される。

【0409】

静圧スラストベアリング－－潤滑剤または空気クッションが、正圧を維持するためにベアリングアセンブリを通って圧送される。これは、流体力学的ベアリングが受ける慣性およびトルクの問題のいくつかを克服するが、このアセンブリは、ベアリングのエネルギー効率に考慮されるべき連続的に動作するポンプを必要とする。空気クッションを利用する静圧ベアリングは、０．２μmという低い公差を有し、精密機械加工のための合理的な選択となる。

【0410】

磁気スラストベアリング－磁気スラストベアリングは、磁気浮上によって負荷を支持する。永久磁石は軽負荷に適しているが、電磁石は中～重負荷に必要である。磁石は、それぞれ静的および動的負荷を支持するために永久磁石および電磁石の両方を装備することができる。磁気ベアリングは、潤滑を必要とせず、ほとんどメンテナンスフリーの極めて低摩擦の装置である。このタイプのベアリングは、位置ずれした負荷を支持しない。

【0411】

特殊ベアリング
ボールねじ支持ベアリングは、精密なボールねじと共に使用するために、最大の軸方向剛性および改善された送り精度を提供するように設計されている。これらは、ボールねじ用途のための標準的な角度接触ベアリングの組み合わせまたはラジアルベアリングおよびスラストベアリングの構成よりも優れた高精度角度接触スラストベアリングである。

【0412】

円弧状クラムシェルベアリング：参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９８６３４６７号明細書は、必要に応じてベアリング支持体を追加するために適用または除去され得るベアリング設計のクラスの例示的なベアリング設計（「円弧状クラムシェルベアリング」）を記載している。他の例は、米国特許文献の米国特許第８５２３４４２号明細書、米国特許第８９９８４８９号明細書、および米国特許第９７７１９２９号明細書に提示されており、その各々は参照により組み込まれる。

【0413】

二重方向ベアリングは、両方向の軸方向負荷を分離可能な設計で収容することができる。両方向ベアリングは、高い軸方向力に対応でき、高い剛性を有することができる。

【0414】

精密な円錐ころベアリングは、設置中の軸方向予負荷の調整を可能にし、高い剛性を提供し、高いスピンドル負荷を支持する。純粋な転動ベアリング設計は、ベアリング動作におけるトルクおよび熱を低減するのに役立つ。

【0415】

旋回リングおよびターンテーブルベアリングは、軸方向負荷、半径方向負荷およびモーメント負荷に対応することができる。それらは、ハウジングまたはシャフトに取り付けられるのではなく、代わりに取り付け孔を介して座面に直接取り付けられる。

【0416】

斜板ピボットベアリング、揺動ベアリング、および関連要素の例は、米国特許文献の米国特許出願公開第５３９０５８４号明細書、米国特許第６６７６２９４号明細書、米国特許第７７９３５８２号明細書、および米国特許第９０４６０８４号明細書に記載されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0417】

反作用
鍛造または他の成形動作が衝撃によってワークピースに力を送達する場合、オフセット力は、例えば、ワークピースがそれから製造されており、ワークピースが取り付けられたままであるバー材に送達される反対の衝撃によって、ワークピースの反対側に送達されてもよい。そのような相殺衝撃は、供給原料の後端部に直接送達されてもよく、またはバー、ワークホルダ、もしくはワークピース自体に適用されたクランプを介して送達されてもよい。鍛造ブローと同期した対向力の送達は、コレットスピンドルに加えられてスピンドルベアリングを介して伝達される力の量を低減するのに役立つことができる。スピンドルベアリングを介してフレームおよび基礎に伝達されるはずであった過剰なエネルギーおよび力は、方向転換され、代わりに反跳の形態で仕事を実行する。

【0418】

その他
鍛造の成功は、ワークピースに加えられる力およびその力が送達される速度に依存する。かなりの質量がワークピースとの衝突によって急速に減速される場合、追加のエネルギーを伝達することができる。有用な鍛造を、比較的低いプレス能力を有するSCOFAST機械における機械加工と併せて首尾よく行うことができる。例えば、わずか２０００ポンドの公称直線力での油圧プレスと衝撃との組み合わせは、１平方インチ未満の面積を有するグレード５のチタンボルト頭部を熱間鍛造するのに十分であり得る。

【0419】

リニアアクチュエータおよびサーボモータなどのアクチュエータは、非常に迅速かつ正確に制御することができ、光学センサは、非常に正確に位置および動きを感知することができる。迅速で正確なアクチュエータが別の機械要素の動きを追跡および追従するように構成される構成は、同じまたは異なる軸において、複数の力源を付加的または除去的に組み合わせることを可能にする。例えば、ハンマーは、付着を防止するために重力打撃の直後に引き込まれてもよく、または衝撃力の直後に追加の押圧力が加えられてもよい。反対方向からの衝撃は、同時に送達され得る。

【0420】

コンパクトな螺旋駆動装置を使用するコンパクトサーボモータは、非常に大きな直線力を送達することができ、同じシーケンスの非空間的にコヒーレントな動作に必要とされるすべての個々の機械の合計サイズよりもはるかに小さいSCOFAST機械内で多くの動作を実行することを可能にする。

【0421】

偏向および振動への対処方策
力が発生し、機械内に加えられると、望ましくない撓みが発生する可能性がある。撓みが周期的である場合、振動が生じる可能性がある。静的および動的剛性（単位撓み当たりの力）および減衰（単位なしの比）は、機械内で高力動作が実行されるときに達成可能な公差を制限する可能性がある。動的剛性および減衰は、幾何学的形状および振動モードに応じて変化する。効果的な剛性および／または減衰を増加させるための方策は、幾何学的形状を最大限に利用するように動作を設計することと、コンプライアントベアリングから剛性静圧ベアリングに変更することと、機械を修正して静的ブレースまたは動的減衰を追加することと、特定の動作のための支配的な振動周波数に適合するようにツール、速度、およびフィードを選択することとを含むことができる。びびりを低減するためのアルゴリズム解決策は、完全にソフトウェアで実装されてもよい。

【0422】

プレスフレーム
押圧力は最終的にフレームに伝達され、これは従来のプレスでは一般に柱状フレーム、溶接フレーム、Hフレーム、Cフレーム、または多層鋼テープ巻取りフレームの形態であるが、SCOFAST機械では任意の形態をとることができる。

【0423】

アクティブなキャンセル
SCOFAST機械内で、１つまたは複数のセンサから入力を受信する分析機能は、動きおよび高調波振動を検出することができ、信号をプログラマブルコントローラに送達して、ワークピースおよびツールを高調波振動に対抗するように移動させることができる。アクティブキャンセルツールは、振動を減衰または打ち消すために、ワークピースまたは任意の軸に沿った別のツールに適用され得る高調波振動源を提供する。

【0424】

剛性、減衰、撓み、および振動を変調するのに有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第４３９５９０４号明細書、米国特許出願公開第５４５９３８３号明細書、米国特許第６９００６０９号明細書、米国特許第６９０３５２９号明細書、米国特許第８３２２６９８号明細書、米国特許第９２２１１４３明細書、米国特許第９４２９９３６号明細書、および米国特許出願公開第２０１２００１０７４４号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0425】

剛性、減衰、撓み、および振動を管理するのに有用な追加の例示的なシステムおよび方法は、以下の非特許文献に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0426】

Ford，D．ら（２０１４年）「Active vibration control for a CNC milling machine」、Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers、Part C：Journal of Mechanical Engineering Science、２２８（２）、２３０～２４５ページ、doi：１０．１１７７／０９５４４０６２１３４８４２２４。

【0427】

Jasiewicz，M．およびMiondlicki，K．（２０１９年）「Implementation of an Algorithm to Prevent Chatter Vibration in a CNC System」、Materials、１２（１９）．doi：１０．３３９０／ma１２１９３１９３。

【0428】

Muhammad，B．B．ら（２０１８年）「Active Damping of Milling Vibration Using Operational Amplifier Circuit」、Chinese Journal of Mechanical Engineering、３１（１）、９０ページ．doi：１０．１１８６／s１００３３－０１８－０２９１－９。

【0429】

Pawelko，P．ら（２０２１年）「A new measurement system to determine stiffness distribution in machine tool workspace」、Archives of Civil and Mechanical Engineering、２１（２）、４９ページ．doi：１０．１００７／s４３４５２－０２１－００２０６－６。

【0430】

Roesjordet，J．およびHovland，G．（２０１９年）「Methods for Experimentally Determining Stiffness of a Multi－Axis Machining Centre」、Modeling，Identification and Control：A Norwegian Research Bulletin、４０、１１～２５ページ．doi：１０．４１７３／mic．２０１９．１．２。

【0431】

Tlusty，J．、Ziegert，J．C．およびRidgeway，S．（１９９９年）「Stiffness of Structures and Drives in Fast Milling Machines」、SAE Transactions、１０８、６７１～６７７ページ。

【0432】

機械の設計および構成
特定の実施形態の設計は、多くの変数に依存する。成形に関与する機械のこれらの部品は、それらが使用されるプロセスの要件を満たさなければならない。一連の動作によって製造される特定の部品は、各動作を実行するために使用される機械に特定の要件を課す。満たすべき要件は、剛性、平行度、平坦度、クリアランス、エネルギー送達の持続およびバースト速度、機械速度、サイクル時間、ツール摩耗、幾何学的形状、および当業者に既知である他のものを含むことができる。

【0433】

所与の材料について、特定の成形動作（例えば、熱間閉型鍛造、温間前方または後方押出、アップセット鍛造、または任意の他の成形動作）は、スライド変位（またはストローク）に対する成形負荷の特定の変動を必要とするか、またはそれから利益を得ることができる。所与の部品形状では、絶対負荷値は、所与の材料の流れ応力および摩擦条件によって変化する。

【0434】

forchineは、成形および回復ストロークの速度に関して構成可能であることが有利である。

【0435】

単位作業分類法
SCOFAST機械内で実行される動作は、動作が質量変化動作、相変化動作、構造変化動作、変形動作、または統合動作として特徴付けられる単位作業分類法などの様々な分類法によって記述され得ることは明らかであろう。質量変化プロセスは、機械的、電気的、または化学的手段によって材料を除去または添加するプロセスであり、機械加工、研削、放電機械加工、電気化学機械加工、および他のすべての除去的動作、ならびに３D印刷による２次堆積、めっき、スパッタリング、真空堆積、および他の付加的動作を含む。相変化プロセスは、金属の鋳造、浸透による複合材の製造、およびポリマーの射出成形など、元々液体または蒸気相の材料から固体部品を製造するプロセスである。構造変化プロセスは、表面硬化のための熱処理によって、または析出硬化などの固体状態の相変化によって生成されるなど、そのバルク全体または局所領域のいずれかでワークピースの微細構造を変化させるプロセスである。変形プロセスは、圧延、鍛造、深絞り、またはしごきなどによって、その質量または組成を変えることなく固体ワークピースの形状を変えるものである。強化プロセスは、粒子、フィラメント、または固体部分などの材料を組み合わせて所望の固体部品または構成要素を形成するものであり、３D印刷、ならびに粉末焼結、セラミック成形、およびポリマーマトリックス複合材プレスなどの関連プロセス、ならびに溶接またはろう付けなどの他のプロセスを含む。任意の単位作業プロセスは、有利にはSCOFAST機械内で実行することができる。

【0436】

SCOFAST機械内でインスタンス化され得る多種多様な単位作業プロセスは、設備、ツール設計、インターフェース材料、および作業ゾーン機構の多様なグループを組み込むことができる。プロセス設備は、機械的、熱的、化学的、フォトニック、電気的、および他の設備のグループ、ならびにグループの組み合わせに属することができる。ツール要素は、切削ツール、研削媒体、ダイ、金型、フォーム、パターン、電極、レーザ、および現在既知であるかまたは将来開発され得る任意の他のツール要素を含むことができる。ユニットプロセスに典型的な界面材料のアレイは、潤滑剤、冷却剤、絶縁体、電解質、作動流体、試薬、液体、気体などの例を含む。そのような単位プロセスの作業ゾーンに見られる動作機構には、変形、凝固、破壊、伝導、対流、放射、拡散、浸食、気化、溶融、微細構造変化、相変換、化学反応などの例が含まれる。

【0437】

モデリングおよび提示
SCOFAST機械の特定のプロセスおよび動作は、仮想現実または拡張現実環境内で有利に設計、モデル化、テスト、および修正することができる。そのような環境では、特定の目的のためのSCOFAST機械およびその構成の多くの態様は、機械、ワークピース、および製造される部品の３次元モデルを含む双方向の仮想対話によって実行され得る。そのような環境は、当業者によって理解されるように、計画、仮想試運転、エッジ状態の試験、構成、および他の目的のために動作が実行される前に有利に使用することができる。そのような環境は、成功したか失敗したかにかかわらず、動作の実行中および完了した動作のその後のレビュー中の両方でさらに有利に使用することができる。SCOFASTモデルおよび動作は、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、タンク型もしくはケーブ型ディスプレイ、ホログラフィック形式、またはディスプレイのために任意の数の知覚された次元を利用する任意の他の形式で表すことができる。感覚伝達は、触覚、視覚、聴覚、嗅覚、味覚、前庭、固有受容、振動、およびその他を含む感覚様式の任意の組み合わせを含み得る。信号は、脳神経を介して、または人体の任意の運動神経もしくは感覚神経を介して送達され得る。遠隔機械制御は、GUIおよび非GUIインターフェース、タッチインターフェース、あらゆる種類の近接センサ、自由な動きを感知して機械制御に変換する遠隔マニピュレータ（「waldo」）インターフェース、および将来発見または発明され得るものと共に現在存在し得るような他のインターフェース様式を含む、任意の種類のインターフェースを介して達成され得る。モデリング、提示、および仮想対話に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許出願公開第２０１９０３６２６４６号明細書に提示されている。

【0438】

材料、ワークピース、ツールの取り扱い
原料
実行される動作に応じて、SCOFAST機械で使用される原料は、ビレット、バー、ロッド、シート、プレート、ワイヤ、チューブ、パイプ、粉末、ペレット、削りくず、繊維、細断材料、スラリー、ペースト、固体、半固体、液体、蒸気、ガス、プラズマ、スプレー、懸濁液、溶液、または任意の他の形態または形態の組み合わせを含むことができる。

【0439】

SCOFAST機械における材料処理に有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３２６６３４８号明細書、第３７０３１１２号明細書、米国特許出願公開第４１３０２８９号明細書、米国特許出願公開第４３２４１６２号明細書、米国特許出願公開第４７４２７４０号明細書、米国特許出願公開第４９１４９９２号明細書、米国特許出願公開第４９６１３５８号明細書、米国特許出願公開第４９７６５７２号明細書、米国特許出願公開第５０５８４６６号明細書、米国特許出願公開第５０８８１８１号明細書、米国特許出願公開第５７４４７７８号明細書、米国特許出願公開第５９１１８０４号明細書、および米国特許第６１８５８１８号明細書に提示されており、その各々は参照により組み込まれる。

【0440】

ワークピースおよびツールの取り扱いに有用ないくつかのシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３８４４０２８号明細書、米国特許出願公開第４２８１４４７号明細書、米国特許出願公開第４３６９５６３号明細書、米国特許出願公開第４７８４４２１号明細書、米国特許出願公開第５３０３６２２号明細書、米国特許出願公開第５３７２５６８号明細書、米国特許出願公開第５４６５６３８号明細書、米国特許出願公開第５４７４５１４号明細書、米国特許第６４１３０２２号明細書、米国特許第６４３０７９６号明細書、米国特許第６６４１５１１号明細書、米国特許第７６３７８５６号明細書、米国特許第７６６５１９７号明細書、米国特許第７９８０１５９号明細書、米国特許第８１３２８３５号明細書、米国特許第８２１５２１４号明細書、米国特許第８３６０９４５号明細書、米国特許第８３９７３７５号明細書、米国特許第８６７２８２０号明細書、米国特許第８７８９４４６号明細書、米国特許第８９７４３５７号明細書、米国特許第９０２１７０４号明細書、米国特許第９３２１１０９号明細書、米国特許第９３３３６０９号明細書、米国特許第９５０８１４８号明細書、米国特許第１００７６８４１号明細書、米国特許第１０２０７３８１号明細書、米国特許第１０３６１０６０号明細書、米国特許第１０８１４４７６号明細書、米国特許出願公開第２００６００７５６２５号明細書、米国特許出願公開第２０１００２６８３７１号明細書および米国特許出願公開第２０１２０２９６４６９号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0441】

ワークピースおよびツールの保持および操作
ワークピースおよびツールは、SCOFAST機械の作業領域に位置決めされ、１つまたは複数の工作物保持装置またはツール保持装置によって固定される。工作物保持装置およびツール保持装置は、コレット、チャック、クランプ、万力、グリッパ、真空ホルダ、磁気ホルダ、電磁ホルダ、同心グリッパ、接着固定システム、ロボットグリッパ、重力ホルダ、熱ホルダ、および、本明細書に記載されているかまたは当業者に既知である、ならびに将来発明または発見され得る他のそのような機構を含む、ツールまたはワークピースを固定し、その後の動作に必要な力を支持することができる任意の他の機構を含む。

【0442】

工作物保持装置は、所定の位置に固定されてもよく、または任意の軸に沿って並進および／または任意の軸に対して任意の角度で回転され得る。ワークホルダは、ワークホルダの並進および回転が生じる機構（ワークピース位置決め要素）と共に、SCOFAST機械の構造部材にしっかりと固定されてもよく、または自立してSCOFAST機械に柔軟に接続されてもよい。産業用ロボットは、ワークホルダおよびワークピース位置決め要素として機能することができる。ワークピースおよびツールの両方は、現在既知であるまたは将来開発され得る任意の手段および任意の機構によって固定および操作され得る。

【0443】

ロボットマニピュレータおよびグリッパ
ロボットは、特定の動きおよび定義された経路によって構成要素、ツール、および材料を移動させるように設計された装置である。ロボットは、メモリ（格納された命令セット）を有することができ、部品のロードおよびアンロード、組み立て、検査、溶接、塗装、および機械加工などの多くのタスクを自動的に実行する機構を装備することができ、各運動軸は、通常、電気、油圧、または空気圧エフェクタなどのエンジンによって駆動される。端末ジョイント（「手首」）には、通常、特定の必要な動作を実行するのを助けるために装置が追加される末端付属要素である「エンドエフェクタ」が取り付けられる。これらの装置は、材料処理用のグリッパ、電動ツール、溶接機、または任意の他のツールもしくは装置を含むことができる。ロボットは、操作される物体の近接性を決定することができる触覚または視覚感知装置を装備することができる。

【0444】

ロボットアームおよびグリッパの例示的な技術は、米国特許文献の米国特許出願公開第４１１１０２７号明細書、米国特許出願公開第４３０９６００号明細書、米国特許出願公開第５５４１４８５号明細書、米国特許第６２／７９９４１４号明細書、米国特許第６４９３６０７号明細書、米国特許第８９３５００４号明細書、米国特許第９１２６３３７号明細書、米国特許第９１３２５５５号明細書、米国特許第９２０５５６３号明細書、米国特許第９４１５５１１号明細書、米国特許第９６３０３２１号明細書、米国特許第９６３６８２７号明細書、米国特許第９７７０８２９号明細書、米国特許第９９０２０３４号明細書、米国特許第９９２５６７２号明細書、米国特許第１０００５１９１号明細書、米国特許第１０１３１０５４号明細書、米国特許第１０５６２１８２号明細書、米国特許第１０６１８１７４号明細書、および米国特許第１０６７５７６３号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0445】

フリッパ
フリッパは、ワークピースを端から端まで回転させるように設計された装置である。フリッパは、一般に、ワークピースをワークホルダから取り外し、ワークピースを端から端まで回転させ、ワークピースをワークホルダに戻すために使用される。

【0446】

ツールおよびツールの取り扱い
ツールは、ワークピースに影響を及ぼしてワークピースに何らかの変化をもたらす任意の装置である。一般的に使用されるツールの例には、成形ダイ、成形ツール、力生成器、衝撃ツール、プレス、付加ツール、除去ツール、変形ツール、測定ツール、試験ツール、インデックス付けツール、能動ツール、固定ツール、および本明細書に記載されている多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に含まれる。

【0447】

静的ツール（「固定ツール」）は、ワークピースの動き（例えば、旋盤における回転またはスクレーパにおける振動）とツールの位置決めとの組み合わせのみによってワークピースに作用を及ぼすツールである。

【0448】

活動ツール（「能動ツール」）は、ワークピースの動きおよびツールの位置決めによって与えられるエネルギーを超えて追加のエネルギーを送達することによってその作用を及ぼす電動ツールである。この追加のエネルギーは、ツール自体の追加の動きまたは活動によってもたらされることが最も多い。多くの活動ツールは、回転、振動、ハンマリング、プレス、または他の形態の電動ツール運動などのツール運動を通じてワークピースにエネルギーを供給する。活動ツールは、それ自体の駆動装置を組み込むことができ、またはマシニングセンタ内の様々なスピンドルおよび動力サブスピンドルによって駆動することができる。

【0449】

任意の数の能動および／または固定ツールをワークピースに対して任意に位置決めすることができ、任意の軸に沿って並進させ、任意の軸に対して任意の角度で回転させることができ、他のツールおよび所望のツール経路の存在によってのみ制限される。各ツールホルダおよびツールの並進および回転が生じる機構（ツール位置決め要素）は、SCOFAST機械の構造部材にしっかりと固定されてもよく、または自立してSCOFAST機械に柔軟に接続されてもよい。産業用ロボットは、ツールホルダおよびツール位置決め要素として機能することができる。

【0450】

動作中、ワークピースおよび任意のツールは、互いに対して移動されてもよく、各々の移動は、１つまたは複数のプログラマブルコントローラの動作によって制御および調整される。

【0451】

ツール交換
SCOFAST機械は、スピンドルコレット、工作物保持装置、ツールポジショナ、ツールホルダ、ツールスピンドル、ならびに機械の他の工作物保持およびツール保持要素からの部品および／またはツールのローディングおよびアンローディングを実行するように構成された１つまたは複数の要素を有することができる。ツール保持要素およびツール位置決め要素の多くの異なる配置が可能である。ツールおよび部品の保持、位置決め、交換、装填、および取外しに有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許出願公開第３０５４３３３号明細書、米国特許出願公開第３３５５７９７号明細書、米国特許出願公開第３８２５２４５号明細書、第４０９０２８７号明細書、米国特許出願公開第４３０２１４４号明細書、米国特許出願公開第５０９３９７８号明細書、米国特許第６８５７９９５号明細書、米国特許第７１３７１８０号明細書、米国特許第８６５０９９４号明細書、米国特許第８８８７３６３号明細書、米国特許第９９０２０３４号明細書、および米国特許第９９１４１８９号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0452】

ツールおよび部品の保持、位置決め、交換、装填、および取外しに有用ないくつかの追加の例示的なシステムおよび方法は、参照により本明細書に組み込まれる非米国特許文献の日本特許第６５７６６６２号明細書に提示されている。

【0453】

その他
幾何学的形状
多くの異なる機械形状が製造に有用であることが既知である。例えば、旋削機械は、主旋削軸を垂直または水平に設計することができる。水平であれば、それらは一般にフラットベッドまたは傾斜ベッドを有する。SCOFAST機械は、任意の機械形状を使用して構築することができる。１つの幾何学的形状で与えられた図および例は例示に過ぎず、任意の他の幾何学的形状に適合するように所望に応じて変更することができる。

【0454】

後付けによるSCOFAST機械への変換
成形、付加、除去、または変換動作を実行することができる任意の既存のまたは前述の機械は、既存の要素の修正および新しい要素の追加によってSCOFAST機械に変換することができる。

【0455】

新しいSCOFAST機械設計
新しいSCOFAST機械設計は、本明細書に記載の任意の非SCOFAST機械、または現在既知であるかまたは将来開発され得る任意の他の機械の要素を含むかまたはそれに基づくことができる。

【0456】

油圧
Aの総ピストン断面積を有する油圧プレスの場合、重量Tに対応するPSI単位の圧力は、以下の計算によって求められる：PSI＝（T＊２０００ポンド／トン）／A。

【0457】

加工流体
部品が機械加工されると、蒸気の層（「蒸気バリア」）が切削ツールとワークピースとの接合部に形成され、切削ツールのエッジがワークピースと直接接触する領域の熱エネルギーを捕捉する断熱材として機能する。結果として生じる高温ゾーンは、部品を変形させ、ツールに亀裂を入れ、ワークピースの材料特性を変更するのに十分に高温になり得る。高圧冷却剤は蒸気バリアを貫通して、低圧灌注が貫通しない可能性がある領域から熱を除去する。金属チップの急速な冷却はまた、チップの離脱を改善することができる。高圧冷却剤はまた、再機械加工を防止するのに十分迅速に切削ゾーンからチップを洗い流す。状況によっては、これにより、より良好な部品が得られ、速度および供給量の増加が可能になり、切削ツールの寿命を大幅に延ばすことができる。

【0458】

ツールおよびワークピースを冷却および潤滑し、機械加工中に加工流体を管理するためのいくつかの技術は、米国特許文献の米国特許出願公開第３５７７８０８号明細書、米国特許出願公開第４０７６４４２号明細書、米国特許出願公開第５０２８１７６号明細書、米国特許出願公開第５５９５４６２号明細書、米国特許出願公開第５６７８４６６号明細書、米国特許出願公開第５９５１２１６号明細書、米国特許第６２１００８６号明細書、米国特許第６８７４９７７号明細書、米国特許第８５６８１９８号明細書、米国特許第８８２１２１２号明細書、米国特許第９６１６５４０号明細書、米国特許第１０８０７２０９号明細書、米国特許出願公開第２０１５０１０７８１８号明細書、および米国特許出願公開第２０１８０１０４７５０号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0459】

ツールおよびワークピースを冷却および潤滑し、機械加工中に加工流体を管理するのに有用な追加の技術は、以下の非特許文献に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0460】

K．Busch、C．Hochmuth、B．Pause、A．Stoll、およびR．Wertheim「Investigation of Cooling and Lubrication Strategies for Machining High－temperature Alloys」、Procedia CIRP、vol．４１、８３５－８４０ページ、２０１６年、doi：１０．１０１６／j．procir．２０１５．１０．００５、
E．Garcia－Martinez、V．Miguel、A．Martinez－Martinez、M．C．Manjabacas、およびJ．Coello「Sustainable Lubrication Methods for the Machining of Titanium Alloys：An Overview」、Materials（Basel）、vol．１２、no．２３、２０１９年１１月、doi：１０．３３９０／ma１２２３３８５２、
S．Gariani、I．Shyha、F．Inam、およびD．Huo「Evaluation of a Novel Controlled Cutting Fluid Impinging Supply System When Machining Titanium Alloys」、Applied Sciences、vol．７、no．６、５６０ページ、２０１７年５月、doi：１０．３３９０／app７０６０５６。

【0461】

処理流体
いくつかの実施形態では、加工流体はまた、SCOFAST機械内の処理動作の一部として使用される材料または物質を含んでもよい。例えば、溶体化焼鈍（「溶体化熱処理」、「溶体化処理」）は、加熱および／または冷却中にワークピースを薬液（処理流体）に曝すことによって行われる。そのような機械加工および処理流体の一例は、強化流体、すなわち加工流体として使用することができ、成形、機械加工、および変換中に生じるワークピースの物理的特性の変化の結果として靭性の向上を促進するための処理溶液としても機能する化学混合物である。

【0462】

機械の清浄領域および汚れた領域
清浄領域および汚れた領域は、ある特定の汚染レベルでのある特定の材料による汚染に関して定義される。ガス、蒸気、液体、固体、不活性材料、反応性材料、生物学的材料、生きている有機体、死んだ有機体、分子、さらには場、力、および素粒子などの非物質的なものを含む、あらゆるものが汚染物質となる可能性がある。汚染物質が他に指定されない場合、それは粒子状物質であると推定されることが多い。

【0463】

したがって、汚染物質が指定されない場合、汚れた領域は粒子状物質に対して制御されない領域である。同様に、汚染物質が指定されない場合、清浄領域は、ダスト、微生物、エアロゾル粒子、ウイルス、蒸気粒子、または他の汚染物質などの粒子状汚染物質のレベルを低下させるための制御が行われる領域である。SCOFAST機械は、好都合なことに、清浄領域、汚れた領域、または清浄領域と汚れた領域との組み合わせを備えることができる。

【0464】

清浄領域は、表IXに示す特定の粒径での立方メートル当たりの許容可能な浮遊粒子の数によって指定することができる。例えば、典型的な都市環境の外側の周囲空気は、ISO９の分類に対応して、０．５ミクロン以上の直径の立方メートル当たり３５，０００，０００個の粒子を含む。

【0465】

【表9】

【0466】

製造機械内では、清浄領域は、残留粒子分析で検出される粒子の数およびサイズによって指定されることが多い。その領域を、ミリポアフィルターを通過する洗浄液で洗浄し、あらゆるデブリを秤量し、粒径およびクラスタサイズについて顕微鏡で検査する。SCOFAST機械内の動作に必要な清浄度の程度は、製造される部品およびその部品に想定される用途によって決定される。厳しいクリアランスまたは高度に指定されたオリフィスが想定される場合（例えば、エンジンアセンブリ、望遠鏡、マイクロフローチャネル、および他の要求の厳しい用途）、許容可能な残留粒子サイズは２５０ミクロン以下に制限され、総粒子負荷はミリグラム以下に制限される。生物学的用途は、しばしばISO１４６４４－１クラスの１つに対応する、表面清浄度と空気清浄度の両方の仕様を含む著しく厳しい制限を有し得る。

【0467】

機械内では、ゾーンは空間の体積を意味する。ゾーンから物質を除外するとは、その物質をゾーンから完全にまたは部分的に除外すること、その物質をゾーンから移動させること、またはゾーン内のその物質の量を減らすことを意味する。

【0468】

作業ゾーンは、モジュールがそれらの機能を実行する、またはワークピース上で動作が実行されるSCOFAST機械内のゾーンである。作業ゾーンは、開いていても、部分的に囲まれていても、完全に囲まれていても、部分的に密閉可能であっても、完全に密閉可能であってもよい。

【0469】

清浄な作業ゾーンは、１つまたは複数の特定の望ましくない物質を排除するように構成された作業ゾーンである。汚れた作業ゾーンは、そのような特定の物質が排除されない作業ゾーンである。排除の対象となる物質や排除しない物質は、ワークピースや実施する動作によって異なる。一例では、清浄な作業ゾーンから排除され、汚れた作業ゾーンで許容される物質は酸素である。別の例では、清浄な作業ゾーンから排除され、汚れた作業ゾーンで許容される物質は油である。別の例では、清浄な作業ゾーンから排除され、汚れた作業ゾーンで許容される物質は金属チップである。

【0470】

汚れた作業ゾーンは、特定の動作に関して望ましくない物質を除去し排除することによって、清浄な作業ゾーンに変換することができる。

【0471】

公差
SCOFASTの動作およびSCOFAST機械で製造される部品の機械的公差は、エラー！参照ソースが見つからない。およびエラー！参照ソースが見つからない。に示す機械的公差グレードおよび参照により本明細書に組み込まれる、非特許文献ISO－２８６「Mechanical Tolerance Standards，International Organization for Standardization，Geneva，Switzerland」、２０１０年に記載されている他の公差規格を使用して記述および指定することができる。IT６～IT１８のISO－２８６機械公差グレードを適用する場合、標準公差は、各第５の工程で係数１０で乗算される。この規則は、すべての標準公差に適用され、与えられていないITグレードの値を外挿するために使用され得る。

【0472】

材料
SCOFAST機械動作は、限定するものではないが、任意の材料または材料の組み合わせを含むツールを使用して、限定するものではないが、任意の材料または材料の組み合わせを含むワークピース上で実行することができる。SCOFAST機械およびそれらの動作にとって関するいくつかの例示的な材料は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許文献の米国特許第６６３５３５４号明細書に提示されている。

【0473】

延性
延性は、成形される材料の能力、例えば、金属が容易にワイヤに引き込まれ、または薄板に打ち込まれる能力である。

【0474】

加工性
加工性とは、成形および組み立てを介して機械、構造、および他の設備を作成するために使用される金属の能力を指す。

【0475】

成形性
成形性とは、材料の様々な形状に成形されやすい性質のことである。

【0476】

間質要素
間質要素は、純金属に見られる「不純物」であり、有利または不利な方法で金属の特性を変化させることがある。

【0477】

エキゾチック金属合金
比較的一般的な金属構成材料のうち、よりエキゾチックなものは、耐熱超合金(HRSA：heat-resistant superalloys)およびチタン合金を含むISO群Sに分類される。機械加工のために、これらは、組成、条件および特性に応じて、いくつかのサブグループに分割することができる。S分類合金の化学的性質および冶金組成は、合金の物理的特性および機械加工性を決定する。チップ制御は、チップ分割のために一般に要求が厳しい。比切削力(SCF：specific cutting force)は、材料をどの程度の硬さで切削するかの尺度である。S型合金の場合、SCFは鋼の２倍を超えてもよい。HRSA材料は、高温で高い強度を保持し、加工硬化の影響を非常に受けやすいため、切断には特に要求が厳しい。

【0478】

ニッケル基、鉄基またはコバルト基合金は、HRSAのサブグループであり、それらの有利な特性は融点に近くなるまであまり変化せず、非常に腐食防止性であるため、主に航空宇宙、エネルギーおよび医療産業での部品使用のための独自の能力を有する。

【0479】

チタン合金はまた、様々な機械加工性グレードを有するサブグループに分割される。チタン合金は、高い靭性、低い熱伝導率、高温での高い保持強度、高度にせん断された薄いチップ、およびかじりの強い傾向を有する。切削は、ツール形状の小さな変化に非常に敏感である。チタン合金の機械加工は、一般に、すくい面上の狭い接触面積と、刃先付近に集中する高い切削力とを必要とする。

【0480】

エキゾチック金属合金を機械加工しようとする場合、多くの困難が生じ得る。いくつかの合金は、比較的高レベルの炭化物を有し、摩耗性およびツール摩耗を増加させる。過度の切削速度は、チップとツール材料との間の化学反応をもたらし、刃先の破断および材料の汚れ／溶接を引き起こす可能性がある。いくつかの合金はまた、容易に加工硬化し、拡散型摩耗およびバリ形成を引き起こす。チップ形成のパターンは周期的であってもよく、その結果、切削力は経時的に変化する。

【0481】

機械加工が難しい材料では、ほとんどの切削は慎重に選択された切削インサートで行われる。切削動作の成功は、刃先のワークピースへの接近に大きく依存する。インサート形状と組み合わせて、刃先のリード／侵入角度は、性能、ツール寿命、安全性、および最終結果を支配する。これらの材料の硬度のために、刃先の塑性変形は、ツール材料の選択に影響を及ぼす重要な問題である。高度のインサート熱間硬度、適切なレベルのインサート靭性、およびインサートコーティングの十分な接着性が、主な要件である。HRSAにおける成功した切削は、ポジティブカッティングジオメトリ、鋭いカッティングエッジ、強いエッジ、および比較的開いたチップブレーカを特徴とする。

【0482】

ツール材料
特定の特性は、切削ツール材料の選択において重要である。切削ツールの硬度および強度は、高温に維持されなければならない（高温硬度）。切削ツールは、ツールが欠けたり破損したりしないように十分強靭でなければならない。耐摩耗性が重要である。ツール鋼、鋳造合金、高速度鋼、超硬合金、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、サーメット、およびセラミック（例えば、窒化ケイ素、アルミナ）は、機械加工時に切削ツールおよびツールインサートに一般的に使用される材料であるが、SCOFAST機械内の動作に使用されるツールは、現在既知であるか、または将来発見される可能性がある任意の材料で作ることができる。

【0483】

本明細書に開示されたシステムおよび方法が特に有利であることが判明し得る製造に一般的に使用される材料のいくつかの例には、例として本明細書に列挙されたものが含まれるが、これらに限定されない。

【0484】

金属
ここでは、SCOFAST機械で動作を実行することが特に有利であり得る金属のいくつかの例を例として示す。

【0485】

チタン
非合金化チタンは、２７５～５９０MPaの範囲の引張強度を有し、強度は、酸素含有量の増加および／または鉄含有量の増加と共に増加する。各々が独自の異なる特性を有する多くの有用な合金が知られている。市販のチタン合金は、１２５０MPa（例えば、高強度合金Ti－１５Mo－５Zr－３AIの場合）もの高い引張強度を有し得る。市販の純チタンは、その比強度および耐クリープ性のために約３００℃の温度まで安定している。特定のチタン合金は、約５００℃までの温度でも高い強度を示し得る。

【0486】

高強度チタン合金
高強度チタン合金には、Ti－６Al－４Vチタン合金（しばしば「グレード５チタン」と呼ばれる）および１００ksi（６９０Mpa）以上の引張強度および９０ksi以上の０．２％降伏強度を有する他のチタン合金が含まれる。Ti６Al－４Vは、最も一般的なチタン合金であり、軽量でありながら高い強度を必要とする部品に理想的である。これは、高い耐食性ならびに公平な溶接性および成形性を有する。Ti６Al－４Vはまた、「純粋な」グレードのチタンとは異なり、熱処理可能である。Ti６Al－４Vは、鋼１２L１４と比較して、６．０の機械加工コスト係数を有する。これは、溶接がきれいに仕上がり、荒く鍛えられる。Ti６Al－４Vは、焼鈍、熱処理、時効処理を行うこともできる。

【0487】

Ti６al－４v Eli
グレード２３としても知られるTi６Al－４V Eliは、軽量でありながら強度および靭性を必要とする部品に理想的な一般的なチタン合金である。これは極めて生体適合性であり、疲労耐性および耐食性が必要な場合に選択される材料となる。Ti６Al－４V Eliの格子間元素（酸素、窒素、炭素、鉄）の含有量の減少は、Ti６Al－４Vよりも良好な延性および破壊耐性をもたらすが、強度はわずかに低下する。Ti６Al－４V Eliは、鋼１２L１４と比較して、６．０の機械加工コスト係数を有する。これは、熱間および冷間成形、熱処理、焼鈍、鍛造、および時効処理することができる。Ti６Al－４V Eliはかなり溶接しやすいと考えられる。

【0488】

ギリシャのアスコロイ
ギリシャのアスコロイは、極めて高い耐熱性を必要とする部品に理想的なステンレス鋼合金である。これは、他のステンレス鋼と同様の特性を有し、さらに優れた耐クリープ性および耐応力性を備える。ギリシャのアスコロイは、優れた引張および衝撃強度および良好な耐食性を有する。ギリシャのアスコロイは、鋼１２L１４と比較して、４．０の機械加工コスト係数を有する。これは、最も一般的な方法で溶接することができる。ギリシャ語のアスコロイは、鍛造、焼鈍、焼戻し、および硬化することもできる。

【0489】

カーペンター４９
カーペンター４９（「カープ４９」）は、ニッケル鉄合金であり、高い透磁率を必要とする部品に理想的である。これは、最大透磁率および低いコア損失、ならびに任意の他のニッケル合金のうちでも最高の飽和磁束密度を有する。カープ４９は、耐候性および耐湿性が比較的高い。カープ４９は、鋼１２L１４と比較して、６．０の機械加工コスト係数を有する。これは、容易に溶接、ろう付け、およびはんだ付けすることができ、熱間および冷間加工することもできる。なお、カープ４９は、熱処理によって硬化することはできないが、焼鈍することは可能である。

【0490】

ハステロイ
ハステロイは、最高の耐食性を必要とする部品に理想的な高性能ニッケル－モリブデン合金である。これは、孔食、応力、酸化、化学物質、酸、および塩水に対する顕著な耐性を有する。ハステロイはまた、高温状態が長く続いても良好な延性を維持する。ハステロイは、鋼１２L１４と比較して、１０．０の機械加工コスト係数を有する。優れた延性を有するため、熱間および冷間加工によって容易に溶接および成形することができる。ハステロイは、典型的には熱処理され、焼鈍され得る。

【0491】

HyMu８０
HyMu８０はニッケル鉄合金であり、磁場から保護するために使用される部品に理想的である。これは、最大の電磁透過性および最小のヒステリシス損失を有する。HyMu８０は延性があり、熱処理が必要である。HyMu８０は、鋼１２L１４と比較して、１０．０の機械加工コスト係数を有する。これは、容易に溶接、成形、および冷間加工することができる。HyMu８０は、熱処理により焼鈍することができる。

【0492】

ナイトロニック６０
ナイトロニック６０は、低コストで耐摩耗性および耐かじり性を必要とする部品に理想的な汎用ステンレス鋼合金である。これは、他のステンレス鋼合金に比べ耐食性は若干劣るが、応力割れ、塩化物孔食、海水、かじりに対する耐性は非常に高い。ナイトロニック６０は、他のニッケル合金と比較して比較的低い硬度を有するが、薄い接着性酸化物膜のためにはるかに高い耐熱性を有する。ナイトロニック６０は、鋼１２L１４と比較して、９．０の機械加工コスト係数を有する。容易に溶接することができる。ナイトロニック６０は熱処理に反応しないが、硬度を改善するために冷間加工または表面硬化することができる。

【0493】

銅合金１１０
銅合金１１０は、その高い耐食性、導電性、および仕上げのために多くの用途を有する非常に一般的な銅合金である。これは、銀を除く任意の金属の中で最も高い導電率を有する。要素に曝されると、比較的不透過性である薄い保護膜を形成する。銅１１０は、他の銅合金と比較して極めて低い機械加工性を有するため、広範な機械加工が必要とされない場合に理想的である。銅１１０は、鋼１２L１４と比較して、３．０の機械加工コスト係数を有する。熱間および冷間成形ならびにはんだ付けに優れている。銅１１０は、容易に溶接またはろう付けされない。

【0494】

テルル銅合金１４５（TeCu）
テルル銅合金１４５（TeCu）は、大規模な機械加工、耐食性、または高い導電性を必要とする部品に理想的な自由加工銅合金と考えられている。これは、容易に取り外し可能な短くて清潔なチップを製造する。テルル銅は、純銅よりも迅速かつ効率的に機械加工できる。TeCuは、鋼１２L１４と比較して、０．８の機械加工コスト係数を有する。熱間および冷間加工、鍛造、ろう付け、およびはんだ付けには適しているが、溶接には理想的ではない。TeCuは焼鈍することができる。

【0495】

ベリリウム銅合金１７２（BeCu１７２）
ベリリウム銅合金１７２（BeCu１７２）は、高い強度および導電性を必要とする部品に理想的な、最高強度の銅合金の１つである。優れた耐腐食性および耐かじり性を有する。ベリリウム銅１７２はまた非磁性であり、非常に低い透磁率を有し、磁気ハウジングに適した選択となる。BeCu１７２は、鋼１２L１４と比較して、３．０の機械加工コスト係数を有する。はんだ付け、ろう付け、鍛造、溶接、熱間および冷間加工に好適である。BeCu１７２は焼鈍することができる。

【0496】

ベリリウム銅合金１７３（BeCu１７３）
ベリリウム銅合金１７３（BeCu１７３）は、非常に高い強度および剛性を必要とする部品に理想的な自由加工銅合金である。これは、優れた導電性を有し、最高強度の銅合金の１つである。ベリリウム銅はまた、海洋環境などの高い耐食性を必要とする環境に適している。BeCu１７３は、鋼１２L１４と比較して、１．０の機械加工コスト係数を有し、BeCu１７２よりも経済的な選択肢となる。はんだ付け、ろう付け、溶接、熱間および冷間加工には良好であるが、鍛造には理想的ではない。BeCuは焼鈍することができる。

【0497】

ベリリウム銅合金１７５（BeCu１７５）
ベリリウム銅合金１７５（BeCu１７５）は、高い強度および剛性を必要とする部品に理想的な自由加工銅合金である。これは、優れた導電性を有する。ベリリウム銅はまた、海洋環境などの高い耐食性を必要とする環境に適している。BeCu１７５は、鋼１２L１４と比較して、１．５の機械加工コスト係数を有する。はんだ付け、ろう付け、溶接、熱間および冷間加工には良好であるが、鍛造には理想的ではない。BeCu１７５は焼鈍することができる。

【0498】

真鍮Cda３５３（真鍮３５３）
真鍮CDA３５３（真鍮３５３）合金は、強度、耐食性および耐摩耗性、ならびに優れた機械加工性を必要とする部品に理想的な、鉛フリー加工合金（FMA：free－machining alloy）である。これは、ローレット加工またはねじ切りを有する部品、ならびに摩擦力を受ける可動部品によく適している。真鍮３５３は、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。溶接または熱間加工には理想的ではないが、はんだ付けに優れ、真鍮３６０よりも良好な成形性を有する。真鍮３５３は焼鈍することができる。

【0499】

真鍮Cda３６０（真鍮３６０）
真鍮CDA３６０（真鍮３６０）合金は、すべての銅合金の中で最も高い機械加工性を有し、強度、重量、または研磨された表面仕上げを必要とする部品に非常に普及している。円形、正方形、六角形、およびチューブ素材において低コストで入手可能であり、鋼とは異なり、３６０は錆びない薄い保護緑青も形成する。真鍮３６０は、すべての銅および真鍮合金の中で最も高い機械加工性を有する。これは、鋼１２L１４と比較して、０．６の機械加工コスト係数を有する。これは、かなりの熱間成形特性を有し、冷間成形、溶接、はんだ付け、およびろう付けには理想的ではない。真鍮３６０は、鍛造および焼鈍することができる。

【0500】

アルミニウム合金２０１１（Al２０１１）
アルミニウム合金２０１１（Al２０１１）は、すべてのアルミニウム合金の中で最も高い機械加工性を有し、複雑で微細な部品に適している。自由加工合金（FMA）とみなされ、非常に厳しい公差で迅速に加工することができ、優れた表面仕上げをもたらす。アルミニウム２０１１は、その機械加工性および微細で容易に取り外し可能なチップの製造のために、非常に経済的な選択肢である。アルミニウム２０１１は、他のすべてのアルミニウム合金と比較して相対的な機械加工性の標準となっている。これは、鋼１２L１４と比較して、０．６の機械加工コスト係数を有する。これは、鍛造または熱間加工することができるが、溶接またははんだ付けには理想的ではない。２０１１は、熱処理、焼鈍、時効処理、および焼戻しが可能である。これは陽極酸化することができるが、アルミニウム６０６１よりも暗く耐食性の低い仕上げをもたらす。

【0501】

アルミニウム合金２０２４（Al２０２４）
アルミニウム合金２０２４（Al２０２４）は、軽量でありながらより高い強度を必要とする部品に適した、機械的強度の非常に高い合金である。また、優れた耐疲労性および耐亀裂性を有し、航空機部品に望ましい材料となっている。アルミニウム２０２４は、優れた仕上げに機械加工することができる。アルミニウム２０２４は、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。鍛造および熱間加工が可能であるが、溶接またははんだ付けには理想的ではない。２０２４は、熱処理、焼鈍、および焼戻しによく応答する。これは陽極酸化することができるが、アルミニウム６０６１よりも暗く耐食性の低い仕上げをもたらす。

【0502】

アルミニウム合金６０６１（Al６０６１）
アルミニウム合金６０６１（Al６０６１）は、非常に一般的な合金であり、成形または溶接を必要とする作業に優れている。これは、最も一般的に入手可能なアルミニウム合金であり、清浄な表面仕上げを提供する。他のアルミニウム合金とは異なり、６０６１は高い耐食性を有する。アルミニウム６０６１は、鋼１２L１４と比較して、０．８の機械加工コスト係数を有する。これは、鍛造、熱間加工、および容易な溶接が可能で、熱処理、焼鈍、および時効処理も可能である。陽極酸化が良好であり、明るく鮮やかな仕上がりを提供する。

【0503】

アルミニウム合金７０７５（Al７０７５）
アルミニウム合金７０７５（Al７０７５）は、入手可能なアルミニウム合金の中で最も強力であり、軽量でありながら極端な強度を必要とする作業に優れている。これは、大きな耐割れ性を有し、温度が低下するにつれて強度が増加し、航空宇宙産業にとって理想的である。アルミニウム７０７５は、鋼１２L１４と比較して、０．９の機械加工コスト係数を有する。これは鍛造および熱処理することができるが、溶接には理想的ではない。７０７５は、熱処理、焼鈍、および時効処理することができる。アルミニウム６０６１と比較して陽極酸化には理想的ではなく、透明な陽極酸化では黄色がかった色味を生じる可能性がある。

【0504】

プラスチック
SCOFAST機械内の動作は、任意の種類のプラスチック材料を含むワークピース上で実行することができる。ここでは、SCOFAST機械で動作を実行することが有利であることが判明し得る、製造に一般的に使用されるプラスチックのいくつかの例を例として示す。

【0505】

アセタール
アセタールは、非常に厳しい公差まで機械加工しながら、高い機械的強度および剛性を必要とする部品に理想的な汎用の低コストプラスチックである。良好な寸法安定性および耐薬品性を有し、それにより、それは長持ちする。ナイロンとは異なり、吸湿率が非常に低く、湿潤環境での使用に適している。アセタールは、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。

【0506】

デルリン
デルリンは、非常に厳しい公差まで機械加工しながら、強度および弾力性を必要とする部品に理想的な、アセタールファミリーの汎用の低コストプラスチックである。優れた寸法安定性と耐摩擦性を有し、長持ちする。ナイロンとは異なり、吸湿率が非常に低く、湿潤環境での使用に適している。デルリンは、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。

【0507】

ナイロン
ナイロンは、非常に厳しい公差まで機械加工しながら、高い圧縮強度および耐摩擦性を必要とする部品に理想的な汎用の低コストプラスチックである。用途によっては金属の代わりに使用することも可能で、金属製の部品よりもメンテナンスの手間が少なく、長持ちする部品を作ることができる。ナイロンは、一般に、PTFE、PEEK、およびUHMWよりも強く、高温に耐え、費用効率が高い。ナイロンは、鋼１２L１４と比較して、０．８の機械加工コスト係数を有する。

【0508】

ポリエーテルエーテルケトン(PEEK：Polyether Ether Ketone)
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、一般的な高強度プラスチック樹脂であり、強度および剛性を必要とする部品に理想的である。これは、熱、湿気、および化学薬品に対する非常に高い耐性を有し、温水または蒸気中での複数のサイクルに耐えることができる。PEEKはまた、超高真空環境で良好に機能する。PEEKは、鋼１２L１４と比較して、０．９の機械加工コスト係数を有する。

【0509】

ポリテトラフルオロエチレン(PTFE：Polytetrafluoroethylene)
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)（より一般的にはテフロン（登録商標）として既知である）は、非常に弾力性のあるプラスチックであり、高い衝撃強度および耐久性を必要とするねじ機械部品に理想的である。摩擦摩耗、耐候性、火炎、熱、化学物質および放射線に対する優れた耐性を有する。ナイロンとは異なり、吸湿率が非常に低く、湿潤環境での使用に適している。PTFE／テフロンは、鋼１２L１４と比較して、１．２の機械加工コスト係数を有する。

【0510】

ポリ塩化ビニル(PVC：Polyvinyl Chloride)
ポリ塩化ビニル(PVC)は低コストのプラスチックであり、軽量でありながら強度を必要とする部品に理想的である。これは、公差を厳密にするために高度に機械加工可能であり、優れた耐食性、難燃性、および耐水性を有する。PVCはまた、高い強度、耐衝撃性、および靭性を有する。PVCは、鋼１２L１４と比較して、１．１の機械加工コスト係数を有する。

【0511】

超高分子量ポリエチレン(UHMW：Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)
超高分子量ポリエチレン(UHMW)は、高密度プラスチックであり、非常に高い耐摩耗性を必要とするねじ機械部品に理想的である。これは、任意の熱可塑性物質の中で最も高い衝撃強度を有し、ほとんどの腐食性材料に対して非常に耐性がある。UHMWは自己潤滑性であり、異常に低い温度では良好に機能するが、より高い温度では軟化し始める。ナイロンとは異なり、吸湿率が非常に低く、湿潤環境での使用に適している。Ultemは、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。

【0512】

Ultem
Ultemは、一般的な高強度プラスチック樹脂であり、強度および優れた熱特性および誘電特性を必要とする部品に理想的である。これは、熱および水分に対する非常に高い耐性を有し、温水または蒸気中での複数のサイクルに耐えることができる。Ultemはまた、任意の熱可塑性樹脂の中で最も高い誘電強度の１つを有し、航空宇宙産業およびエレクトロニクス産業における用途に適している。Ultemは、鋼１２L１４と比較して、０．７の機械加工コスト係数を有する。

【0513】

生体材料
生体材料を使用するのに有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許第９１１４０３２号明細書、米国特許第９５１７１２８号明細書、米国特許第１０４４１６８９号明細書、米国特許第１０９３３５７９号明細書、米国特許第１０４４２１８２号明細書、米国特許第１０４８６４１２号明細書、米国特許出願公開第２０１４０３３５１４５号明細書、米国特許出願公開第２０１５００１７１３１号明細書、米国特許出願公開第２０１６０１０６１４２号明細書、米国特許出願公開第２０１９０２９１３５０号明細書、米国特許出願公開第２０１９０３８９１２４号明細書、米国特許出願公開第２０２０００８００６０号明細書、米国特許出願公開第２０２００１４０８０１号明細書、および米国特許出願公開第２０２００３３０６４４号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0514】

食品
食品を扱うのに有用ないくつかの例示的なシステムおよび方法は、米国特許文献の米国特許第９７２３８６６号明細書、米国特許第１０１７８８６８号明細書、米国特許第１０３４９６６３号明細書、米国特許第１１００００５８号明細書、米国特許出願公開第２０１６０１０６１４２号明細書、米国特許出願公開第２０１６０１３５４９３号明細書、米国特許出願公開第２０１７０２９５８１６号明細書、米国特許出願公開第２０１８０１１６２７２号明細書、および米国特許出願公開第２０２１０１１２８４５号明細書に提示されており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。

【0515】

各図面の説明
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ：SCOFAST機械のモジュール
基本的な機能モジュールが、何らかの形態で原料を受け取り、ワークホルダを使用してそれらを固定および操作し、必要に応じてそれらのエネルギー含有量を操作し、空間的にコヒーレントな方法で成形、付加、除去、および／または変換動作を含む所望の動作を実行し、任意選択的に、配置、インデックス付け、測定、撮像、および／または試験動作などの追加の動作、および／またはSCOFAST機械内で有利に実行され得る任意の他の動作を実行する例示的なSCOFAST機械について示されている。SCOFAST機械は、他のタイプの追加のモジュールと共に０個以上の各タイプのモジュールを備えることができ、すべてのモジュールは、単一のSCOFAST機械内で空間的にコヒーレントな方法で材料およびワークピース上で動作する。これらの図は、異なるタイプの複数の動作を必要とする製造プロセスをサポートするモジュールが空間的にコヒーレントな方法で単一の機械に統合され、動作全体にわたる空間的な整列および位置合わせの維持を容易にし、したがってコスト、廃棄物、時間、労力、複雑さ、およびリスクを低減し、他の方法では製造が高すぎる、困難すぎる、または不可能でさえある部品の製造を可能にすることを概略的に示す。

【0516】

図１Ａ：SCOFAST機械の主要機能モジュール
[１]原料提供モジュールは、原料と、工作物保持モジュールによって受け入れられかつ支持され得る形態で原料が機械に提示されかつ機械に受け入れられる機構、機械要素、および方法とを備える。例としては、ビレット、バー、シート、プレート、ワイヤ、チューブ、パイプ、粉末、ペレット、削りくず、固体、スラリー、ペースト、半固体、液体のための取り扱いシステム、および本明細書内に記載されている多くのさらなる例が、当業者に既知であるような同様の要素、およびまだ発明されていない他の要素と共に挙げられるが、これらに限定されない。

【0517】

[２]工作物保持モジュールは、限定はしないが、コレット、チャック、回転テーブル、金型、鍛造金型、鋳造金型、射出金型、ダイ、押出ダイ、プレート、槽、テーブル、グリッパ、およびあらゆる種類のクランプを含む、移動または固定にかかわらず、あらゆる種類の原料および／またはワークピースを保持、支持、および／または固定する機構、機械要素、および方法と、本明細書に記載されている多くの追加の例とを、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと一緒に含む。

【0518】

[３]ワークピース操作モジュールは、バー材フィーダ、ポンプ、ねじ、ロボットアーム、ピストン、シャフト、プランジャ、グリッパ、ローラ、シュート、傾斜面、インデックス、あらゆる種類のアクチュエータ、スイッチ、リレー、コンピュータ、ソフトウェア、ボールねじ、螺旋ねじ、回転テーブル、コレット、チャック、流体、および空気、音、磁束、電磁気、重力、音波、光などのワークピースまたは材料の移動をもたらすエネルギーを送達するための他の媒体、ならびに本明細書に記載されている多くの追加の例を含むがこれらに限定されない、機械内で材料および／またはワークピースを移動および配向する機構、機械要素、および方法を、関連技術の当業者に既知であるようなそのような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと一緒に備える。

【0519】

[４]ワークピース回収モジュールは、ワークピースを工作物保持モジュールから回収し、および／またはワークピースを機械から取り外し、任意選択的にワークピースをベースまたは原料の残りの部分から分離する機構、機械要素、および方法を含む。例としては、これらに限定されないが、切断ブレード、鋸、ビット、ドリル、シュート、グリッパ、コレット、ロボットアーム、チューブ、コンベヤ、空気、液体およびフリッパ、ならびに本明細書に記載される多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他の要素と共に挙げられる。

【0520】

[５]成形動作モジュールは、ワークピースの塑性変形を誘発する力を加えることによって、または単に材料を追加または除去すること以外の何らかの他の方法でワークピースの形態を変更するのに役立つ機構、機械要素、および方法を含む。例としては、プレス、ダイ、パンチ、スペーサ、金型、ローラ、ハンマー、トルクプロバイダなどが挙げられるが、これらに限定されず、例えば、ダイまたは金型の一部として使用されるとき、または曲げまたはねじりを含む任意の種類の変形を受けているワークピースを固定するために反対の力を提供するときにコレットおよびチャックなどの成形において役割を追加的に果たすことができる他のモジュールに属する要素と共に、関連分野の当業者に既知であるような同様の要素および他の発明されていない他の要素などと共に、本明細書内に記載されている多くの追加の例が挙げられる。

【0521】

[６]付加動作モジュールは、ワークピースに材料を付加する、または付加によってワークピースを特定の形態または形状にする機構、機械要素、および方法を含む。例には、３D印刷、溶接、レーザ堆積、電子ビーム堆積、ジェット堆積、化学蒸着、バイオプリンティング、ステレオリソグラフィ、超音波圧密化、および本明細書内に記載される多くの追加の例が含まれるが、これらに限定されず、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他の要素も含まれる。

【0522】

[７]除去動作モジュールは、ワークピースから材料を除去することによってワークピースを特定の形態または形状にする機構、機械要素、および方法を含む。例としては、研削機、切断ヘッド、ビット、ドリル、サンダー、ノズル、ウォータージェット、レーザ、電子ビーム、電気、液体、エッチング化学物質、パンチ、ダイ、せん断機、鋸、空気、砂、ビーズ、液体、潤滑剤、および本明細書に記載されている多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に挙げられるが、これらに限定されない。

【0523】

[８]変換動作モジュールは、ワークピースの特性を一時的または永続的に変換するのに役立つ機構、機械要素、および方法を含む。例としては、任意の手段によるエネルギーの付加または除去、液体、固体、または気体を問わない化学物質の適用、塑性変形を誘発するための他の任意の目的のための力の適用、任意の圧力での真空または気体の使用、および本明細書内に記載されている多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に挙げられるが、これらに限定されない。

【0524】

[９]LIMIT動作モジュールは、ワークピースまたはその任意の属性もしくは部分の配置、インデックス付け、測定、撮像、検査、および／または試験に役立つ機構、機械要素、および方法を備える。例には、カメラ、コンピュータ、ソフトウェア、プローブ、DRO、アクチュエータ、ボールねじ、螺旋ねじ、磁気リーダ、スイッチ、リレー、赤外線センサおよびエミッタ、LIDOR、マイクロ波、音波、電波、光のすべてのスペクトル、電磁場、圧力センサ、マイクロメータ、キャリパ、スケール、LED、測定ストップ、タイマ、温度センサ、応力センサ、他のセンサ、および本明細書内に記載されている多くの追加の例が、関連分野の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと一緒に含まれるが、これらに限定されない。

【0525】

[１０]CCCモジュールは、機械および／またはその要素、モジュール、および機能の各々の動作を調整および／または制御するように機能する機構、機械要素、および方法を含み、機能には、これらに限定されるものではないが、計算、通信、および位置制御、配向制御、運動制御、熱制御、材料制御、吸気制御、出力制御、活性化、非活性化、動作レベル、動作シーケンスなどの機械制御、および本明細書内に記載されている多くの追加の例が、関連技術分野の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に含まれる。

【0526】

[１１]補助材料処理モジュールは、SCOFAST機械の動作に使用される液体、固体、および機体を送達、収集、リサイクル、または廃棄する機構、機械要素、および方法を備える。例えば、冷却剤は、ツールまたはワークピースに適用され、次いで回収され、濾過され、加熱または冷却され、再び使用されてもよい。除去動作中にワークピースから除去された材料は、収集され、洗浄され、原料供給動作に再導入されてもよい。空気を置換するために使用される、または変換動作において基材として使用されるガスは、収集され、精製され、再使用され得る。例には、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に、本明細書に記載されている多くの追加の例がさらに含まれるが、これらに限定されない。

【0527】

SCOFAST機械は、任意の数、組み合わせ、および配置の図１Ａおよび図１Ｂに示すようなモジュールを、空間的にコヒーレントな方法で動作の所望の組み合わせを実行する際に所望または必要とされ得るような追加の他のモジュールと共に備えることができる。特定の機構または機能がモジュールとして示されていないという事実は、そのような機構または機能がSCOFAST機械動作に関与することを排除するものではない。特定の機構または機能がモジュールとして示されているという事実は、そのような機構または機能が存在すること、または特定のSCOFAST機械動作に関与することを必要としない。

【0528】

SCOFAST機械モジュールは、モジュール機能を達成するために特定の機械要素に依存し得る。例えば、成形動作は、ワークピースの塑性変形を引き起こすのに十分な力を送達する機械要素ならびにそのような力を受ける他の機械要素を必要とする。同様に、特定の変換動作は、ワークピースのエネルギー含有量を変更する機械要素、および変換動作に関与する補助材料を処理する機械要素も必要とする。

【0529】

図１Ｂ：成形、変換、およびCCC要素
図１Ｂは、成形（５）、変換（８）、およびCCC（１０）動作に必要ないくつかの機械要素の例を示す。示されている要素は例示的なものであり、SCOFAST機械内で動作を実行する際にアクティブであり得る機械要素の数またはタイプを制限することを意味するものではない。任意の機械要素は、SCOFAST機械内の任意の動作に関与することができる。

【0530】

力生成要素（５．１）は、ワークピースに力を加える機構、機械要素、および方法を含む。例には、プレス、鍛造、スクリュー駆動装置、電気プレス、油圧プレス、空気圧プレス、重力プレス、コンビネーションプレス、クランクプレス、ダイ、金型、ハンマー、成形動作モジュールを作用させるのに有用であり得る任意の力源、および本明細書に記載されている多くの追加の例が含まれるが、これらに限定されず、関連技術の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他の要素も含まれる。

【0531】

力受容要素（５．２）は、力生成要素の作用によって除去動作モジュールおよび成形動作モジュールなどのモジュールによって生成された力を受け取り、支持し、伝達する機構、機械要素、および方法を含む。例としては、限定されるものではないが、ヘッドストック、心押し台、キャリッジ、スライド、スピンドル、機械ベース、ブラケット、ベアリング、ベースプレート、ローラ、シャフト、マウント、フォロア、振れ止め装置、および本明細書に記載されている多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他の要素と共に挙げられる。

【0532】

エネルギー処理要素（８．１）は、ワークピースのエネルギー含有量を維持または変更するのに役立つ機構、機械要素、および方法を含む。例としては、限定されるものではないが、ガストーチ、電気トーチ、オーブン、赤外線ヒータ、火炎ヒータ、バスヒータおよび冷却器、炉、レーザ、放射線源、音源、冷蔵庫、冷凍庫、冷却された液体または気体、加熱された液体または気体、振動器、プレス、ポンプ、ならびに関連技術の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に、本明細書内に記載されている多くの追加の例が挙げられる。

【0533】

材料処理要素（８．２）は、補助材料処理要素（１１）の一部を形成し、変換動作に関与する機構、機械要素、および方法を含む。例としては、噴霧器、ジェット、ノズル、コレクタ、ポンプ、リザーバ、フィルタ、精製器、場生成器、粉末コーター、プラズマ生成器、ガス制御システム、真空システム、高圧システム、イオン生成器、および本明細書内に記載されている多くの追加の例が、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に挙げられる。

【0534】

コンピューティング要素（１０．１）は、プロセッサ、コンピュータプログラム、アルゴリズム、インターフェース、アナログコンピューティング要素、デジタルコンピューティング要素、計算エンジン、画像プロセッサ、パターン認識システム、アナログデジタル変換器、デジタルアナログ変換器、プログラム記憶機構、データ記憶機構、クラウド記憶装置、クラウドベースの処理システム、ローカルコンピューティングシステム、リモートコンピューティングシステム、モバイルコンピューティングシステム、量子コンピューティングシステム、GUIおよび非GUIインターフェース、ならびに関連技術の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に、本明細書に記載されている追加の例を含む。

【0535】

通信要素（１０．２）は、有線通信システム、無線通信システム、ネットワーク通信システム、ポイントツーポイント通信システム、ブロードキャスト通信システム、分散通信システム、電子通信システム、生物学的通信システム、ニューロン通信システム、化学通信システム、フォトニック通信システム、量子通信システム、スイッチ、ルータ、ファイアウォール、パケット検査装置、プロトコル、および本明細書内に記載されている追加の例を、関連技術の当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に含む。

【0536】

機械制御要素（１０．３）は、本明細書に記載の機械制御、電子制御、アナログ制御、デジタル制御、スイッチ、任意の物理的、化学的、または生物学的状態または状態の変化を検出または測定するセンサ、カム、アクチュエータ、弁、流量制御、圧力制御、電流制御、電圧制御、熱制御、運動制御、位置制御、力制御、電力制御、速度制御、距離制御、時間制御、および追加の例を、当業者に既知であるような同様の要素およびまだ発明されていない他のものと共に含む。

【0537】

図１Ｃ：CCCモジュール相互作用
図１Ｃは、CCCモジュール要素を含む典型的な相互作用を示す。CCC要素は、SCOFAST機械、他のSCOFAST機械内の任意の要素、他の非SCOFAST機械、外部コンピュータシステム、ソフトウェアプログラム、内部および外部データ記憶システム、クラウドベースのシステム、記憶リソース、コンピューティングリソース、データリソース、情報リソース、設備リソース、モバイルデバイス、外部通信システム、有線および無線通信システム、内部および外部ネットワークシステム、ローカルおよびワイドエリアネットワーク、GUIおよび非GUIコンソール、人工知能、ヒューマン－機械インターフェース、ブレーン－機械インターフェース、生物学的システム、化学システム、および本明細書に記載されている追加の例を含む、多種多様な内部および外部の要素およびシステム、関連技術の当業者に既知であるようなそのような同様の要素および発明される他のものに加えて、本明細書に記載されている追加の例と相互作用することができる。

【0538】

図２：SCOFASTの例：「Forchine」における空間的にコヒーレントな鍛造および機械加工
図２は、SCOFAST機械内の一連の動作によって実行される製造プロセスを示す。この例では、SCOFAST機械は、単一の空間的にコヒーレントなSCOFAST機械におけるタレット旋盤の機能と共に鍛造機械の機能を含む鍛造および機械加工「Forchine」である。図示の動作は、ヘッドを鍛造し、次いでボルトの残りの部分を機械加工し、ボルトを機械ワークホルダから取り外すことなく、ボルトを処理してその材料特性を調整することによる、バー材からの精密チタン合金ボルトの完全な自動製造である。

【0539】

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ：チタンボルトを製造するためのSCOFAST「Forchine」実施形態
これらの図は、鍛造、機械加工、および変換動作の組み合わせによって精密ボルトを製造するために使用されるforchineとしてインスタンス化された単純なSCOFAST機械の物理的実施形態の一例を示す。このSCOFAST機械の実施形態の幾何学的形状は、従来の水平タレットねじ機械旋盤の幾何学的形状に類似しており、特定の従来の要素の修正および新しい機械要素の追加により、鍛造、機械加工、および変換動作を空間的にコヒーレントな方法で実行することが可能になる。

【0540】

図３Ａ：Forchine正面図
図３Ａは、Forchineの実施形態の正面図である。図３Ａは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0541】

[１]制御および通信モジュール。

【0542】

[２]空気圧バー材フィーダ。

【0543】

[３]バー材。

【0544】

[４]工作物保持スピンドル（「スピンドル」）。

【0545】

[５]スピンドルベアリングマウント、スピンドルベアリング、およびスピンドルドライブ（図示せず）を含む主軸台。

【0546】

[６]上側ツール位置ポジショナ。

【0547】

[６A]上側ポジショナベース。

【0548】

[６B]上側ポジショナZ軸スライド。

【0549】

[６C]上側ポジショナX軸スライド。

【0550】

[６D]誘導加熱コイルを保持するツールホルダを有する上側ツールポジショナY軸スライド１。

【0551】

[６E]切削ツールを保持するツールホルダを有する上側ツールポジショナY軸スライド２。

【0552】

[７]誘導加熱コイル。

【0553】

[８]切削ツール。

【0554】

[９]スピンドルのノーズに保持された工作物保持コレット（「コレット」）。

【0555】

[１０]フロントクロススライドツールホルダ。

【0556】

[１１]加工流体および／または処理流体を供給するためのホースおよびノズル。

【0557】

[１２]タレットツールボンネットに取り付けられたツール。

【0558】

[１３]インデクサ、鍛造ダイ、スレッダ、機械加工ツール、測定装置、および他のツールを含む複数のツールを保持することができるタレットツールボンネット。

【0559】

[１４]１つまたは複数の油圧シリンダを含むツールタレットスライド。

【0560】

[１５]ツールタレットベース
[１６]ツールタレットキャリッジ。

【0561】

[１７]フロントクロススライド。

【0562】

[１８]フロントクロススライドキャリッジ。

【0563】

[１９]Forchineベッドおよびフレーム。

【0564】

[２０]加工流体回収トレイ。

【0565】

[２１]バー材フィーダ用の空気圧ポンプ。

【0566】

[２２]誘導加熱システム。

【0567】

[２３]鍛造動作を含む油圧機械動作用の油圧ポンプ。

【0568】

[２４]他のForchine要素。

【0569】

[２５]加工流体の回収およびリサイクルシステム。

【0570】

[２６]機械加工および／または処理流体用のポンプ。

【0571】

図３Ｂ：インデックス付け動作中の特定の要素を示す上面図。

【0572】

図３Ｂは、主軸台、タレット、およびフロントクロススライドおよびリアクロススライドを含む、図３Ａに示すForchineの特定の要素の上面概略図である。上側スライドアセンブリ[６A～６E]、誘導加熱コイル[７]、およびツール[８]は、目的の要素をより良好に露出させるために取り外されている。図３Ｂは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0573】

[３]コレットから突出するバー材「ワークピース」。

【0574】

[４]スピンドルノーズ。

【0575】

[５]主軸台。

【0576】

[９]コレット。

【0577】

[１０]フロントクロススライドツールホルダ
[１２]タレットボンネットツールホルダのインデックス付けツール。

【0578】

[１３]タレットボンネット。

【0579】

[１４]タレットスライドは、インデックス付けのためにワークピースに向かって前進した。

【0580】

[１６]タレットキャリッジ。

【0581】

[１７]フロントクロススライド。

【0582】

[１８]フロントクロススライドキャリッジ。

【0583】

[１９]Forchineベッドおよびフレーム。

【0584】

[２７]リアクロススライド
[２８]リアクロススライドキャリッジ。

【0585】

[２９]リアクロススライドツールホルダ。

【0586】

[３０]リアクロススライドツールホルダ内のツール。

【0587】

[３１]フロントクロススライドツールホルダのツール
図３Ｃ：ワークピースを加熱するための位置にあるコイルを示す正面図の詳細
図３Ｃは、ワークピースのゾーンを加熱することを含む動作中のワークピース[３]上の所定位置にある誘導加熱コイル[７]を示す主軸台[５]のforchine部分正面詳細図である。図３Ｃは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0588】

図３Ｄ：鍛造動作開始時の加熱後の上面図
図３Ｄは、鍛造動作の初期におけるforchineの上面図である。破線[３２]は、ワークピース[３]の加熱ゾーンを示す。加熱ゾーンの一部はコレットの内側にある。ツール[１２]は、ダイキャビティを示すために切り取られた鍛造ダイである。鍛造ダイ[１２]、タレットスライド[１４、切り欠き]、およびタレットボンネット[１３]はコレットに向かって移動しており、タレットスライド内に配置され、ピストンシャンクがツールタレットベース[１５]に固定された１つまたは複数の油圧シリンダ[１４A]によって駆動される。移動の終わりに、鍛造ダイはコレット[９]に対して完全に閉じる。

【0589】

図３Ｅ：部分切欠および回収スライドを示すForchineの正面図
図３Ｅは、部品取出し動作中のForchineの正面図である。鍛造され、機械加工され、ねじ切りされたボルト[３４]は、上部ツールスライド[６]内の切断ツール[８]によってバー材から切り取られる。部品回収スライド[３３]が前進して完成部品を受け取る。

【0590】

図４Ａ、図４Ｂ：Ti－６Al－４Vボルトの製造中のシングル加熱とダブル加熱の比較
図４Ａおよび図４Ｂは、熱間鍛造および機械加工を行うSCOFAST機械で製造した六角頭チタン合金ボルトを示す写真である。写真[A]は、１回だけ加熱された良好なねじ山を有するボルトを示す。写真[B]は、バー材材料を２回加熱し、脆いねじ山および崩れたねじ山をもたらしたことを除いて、同じ方法で製造されたボルトを示す。これは、SCOFAST機械で組み合わされたときに特定の動作を正常に実行することができるが、別々に正常に実行することはできないという事実を示している。

【0591】

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ：スラストベアリングによる軸方向負荷容量の増加
図５Ａ～図５Ｃは、軸方向負荷能力を増加させるためのスピンドルベアリング増強の例の概略図と共に、forchine主軸台の一例の破断図である。図５Ｂに示す通常のスピンドルベアリングは、主に半径方向およびモーメント負荷を支持するように設計されている。鍛造、プレス、および他の成形動作に関与し得るような軸力を支持するそれらの能力は、ベアリングのサイズ、タイプ、および材料に依存する。ディープチャネルベアリングは、軸方向に定格半径方向負荷の最大６０％を支持することができる。他の精密ベアリングタイプは、最小の軸方向負荷のみを支持することができる。

【0592】

SCOFAST機械における成形動作中にスピンドルが高い軸方向負荷を受ける場合、半径方向負荷を対象としたスピンドルベアリング設計は、より高い軸方向負荷を処理するためにサイズ、タイプ、または材料をアップグレードする必要があり得る。あるいは、スラストベアリングを追加して軸力を扱うことができる。２つのタイプの予圧スラストベアリングが、図５Ｃのスピンドルノーズおよびスピンドルテールに取り付けられて示されている。

【0593】

図５Ａ：forchine主軸台の断面図
図５Ａは、実際のforchine主軸台の断面図である。このforchineは、ねじ旋盤に基づいており、図示のスピンドルは、定格半径方向負荷の６０％までの軸方向負荷に耐えることができる。定格半径方向負荷の６０％を超える軸方向負荷を生成する動作を実行するために、軸方向力を方向転換させなければならず、またはスピンドル支持を何らかの方法で増強しなければならない。図５Ａは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0594】

[１]スピンドルテール
[２]スピンドルノーズ
[４]リアスピンドルベアリング
[５]フロントスピンドルベアリング
図５Ｂ：増強前のスピンドルベアリング支持体
図５Ｂは、スピンドルベアリングとスピンドルとの通常の配置を示すスピンドルマウントの切断図である。図５Ｂは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0595】

[１]スピンドルテール
[２]スピンドルノーズ
[３]スピンドルマウント
[４]リアスピンドルベアリング
[５]フロントスピンドルベアリング
図５Ｃ：２つのタイプの増強を伴うスピンドルベアリング支持体
図５Ｃは、スピンドルノーズおよびスピンドルテールにおけるスラストベアリングの追加の例を示すスピンドルマウントの断面図である。図５Ｃは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0596】

[１]スピンドルテール
[２]スピンドルノーズ
[３]スピンドルマウント
[４]リアスピンドルベアリング
[５]フロントスピンドルベアリング
[６]フロント予圧調整シム
[７]スピンドルマウントに固定されたフロントスラストベアリングベースプレート
[８]スピンドルに固定されたフロントスラストベアリング
[９]リア予圧調整シム
[１０]スピンドルマウントに固定されたリアスラストベアリングベース
[１１]スピンドルに固定されたリアスラストベアリング
図６：内部インサートを示す誘導加熱コイルの詳細図
図６は、コイル内のスリーブ[２]を示す誘導加熱コイル[１]の詳細図である。コイルは、中実ワイヤ、または導電性物質で作られ、任意の断面形状（図示せず）を有する中空チューブから構成されてもよい。冷却液は、冷却剤ポンプシステム（図示せず）によってコイルチューブを通過することができる。内部スリーブは、耐摩耗性、耐熱性、熱膨張特性、および／または任意の他の特性などの所望の特性を達成するように選択されたセラミックまたは任意の他の材料または材料の組み合わせを含む。スリーブはまた、コイルによって生成される電磁場パターンを変更することができる金属要素を含むことができる。スリーブの内側開口部のサイズは、コイルとワークピースとの間の所望のスタンドオフ（結合）距離を維持するように選択される。コイルがワークピース上の定位置に配置されると、任意選択のフランジ[３]が、ワークピースを固定するコレット（または他の工作物保持装置）と接触することができる。フランジは、コレットに対して部分的または完全なシールを形成するように構成されてもよい。これは、スリーブと同じ物質で作られてもよいし、異なる物質で作られてもよい。図６は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0597】

[１]コイル
[２]内部スリーブ
[３]フランジ
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ：ロボットアーム
図７Ａ～図７Ｄは、SCOFAST機械内の要素を備えることができるような多軸ロボットアームの例である。ラベル[１]は、アームのベースを示す。ベースは、既知の空間的関係でSCOFAST機械の別の要素と整列して固定され、アームがベースに対して移動するときに空間的コヒーレンスを維持することができる。ラベル[A～H]は、移動軸を示す。ラベル[A]は、ベースに垂直な軸の周りの回転を示し、点線で示されている。ラベル[C]、[E]、および[G]は、各々異なるアームセグメントの長手軸周りの回転を示し、各軸は点線で示されている。ラベル[B]、[D]、[F]、および[H]は各々、すぐ近位のアームセグメントの長手方向軸に垂直な軸の周りの回転を示す。ロボットアームが図の位置にある状態で、回転軸[B]、[D]、[F]、および[H]の各々は、紙面に対して垂直に整列している。ラベル[２]は末端付属物を示す。

【0598】

図７Ａ：マルチツールホルダとしての末端付属物を有するロボットアーム
図７Ａは、除去動作で使用される能動ツールを保持することができるマルチツールホルダの形態の末端付属物を有するロボットアームを示す。図７Ａは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0599】

[A～H]回転軸
[１]SCOFAST機械フレームに固定されたロボットアームベース
[２]誘導コイルおよびミリングツールが取り付けられた能動ツールとしての末端付属物
図７Ｂ：スプレー溶接機としての末端付属物を有するロボットアーム
図７Ｂは、付加動作において金属の層を堆積させるために使用されるスプレー溶接機の形態の末端付属物を有するロボットアームを示す。図７Ｂは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0600】

[A～H]回転軸
[１]SCOFAST機械フレームに固定されたロボットアームベース
[２]付加スプレー溶接ツールとしての末端付属物
図７Ｃ：成形プレスとしての末端付属物を有するロボットアーム
図７Ｃは、成形動作に使用されるCアーム成形プレスの形態の末端付属物を有するロボットアームを示す。ロボットアームは事実上任意の位置および向きにプレスを配置することができるので、成形動作は事実上任意の軸で実行することができる。図７Ｃは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0601】

[A～H]回転軸
[１]SCOFAST機械フレームに固定されたロボットアームベース
[２]成形プレスとしての末端付属物
[２A]プレスフレーム
[２B]力生成器および力受容器（例えば、油圧シリンダまたは電気ねじ駆動装置）
[２C]成形ダイ
図７Ｄ：ツールチェンジャーとしての末端付属物を有するロボットアーム
図７Ｄは、ツールホルダ、スピンドルコレット、他のツール保持および工作物保持要素、およびツール供給ラックの間でツールを移動させるために使用されるグリッパおよびツールチェンジャーの形態の末端付属物を有するロボットアームを示す。末端付属物は、真空グリッパなどの任意のタイプの保持装置、またはツールおよび部品をしっかりと把持して保持するために一緒に移動したり離れたりすることができる任意の数の「指」を装備することができる。実質的に任意のツールを、クイックチェンジツールホルダおよびコレットを使用してロボットアームによって設置することができる。アームはまた、切断中に部品を取り上げ、コレットまたは他の工作物保持装置内の部品を把持して反転させ、当業者には明らかな他の同様の機能を実行するように機能することができる。図７Ｄは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0602】

[A～I]回転軸
[１]SCOFAST機械フレームに固定されたロボットアームベース
[２]ツールチェンジャー／グリッパとしての末端付属物
図８Ａ、図８Ｂ：バー材を曲げるための能動ツール。バー材へのZ軸図
SCOFAST機械の任意の軸に取り付けられ、休止位置からワークピースに向かって作業位置に移動することによってワークピースに当接させることができる、曲げ加工に使用される能動ツールの一例。この図は、ワークピースに向かって見た工作物保持スピンドルの中心軸に沿った図を示す。図示の位置において、ツールは、主工作物保持スピンドルの真上のオーバーヘッドスライドに取り付けられる。図示の位置は、２次z軸スライドに取り付けられたツールを表すこともできる。ツールがクロススライドに取り付けられた場合、図面は９０度または２７０度回転される。ツールが底部スライドに取り付けられている場合、図は１８０度回転され、ツール全体がワークピースの下から現れる。図８Ａ～図８Ｂは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0603】

[１]ツールスピンドル高トルクモータ
[２]ホルダ機構
[３]中心シャフト
[４]曲げアーム[５]
[５]中心シャフトローラ[４]
[６]曲げアームローラ
[７]バー材
図８Ａ：曲げ動作前
ツールは、中心シャフトローラ（５）がワークピース（７）にちょうど接触し、曲げアームローラ（６）が接触しない状態で、ワークピース上の所定の位置に移動されている。

【0604】

図８Ｂ：曲げ動作後
ここでは、ツールスピンドルモータ（１）が起動され、中心シャフト（３）を回転させ、曲げアームローラ（６）をワークピース（７）に接触させ、ワークピースを中心シャフトローラ（５）の周りに曲げるのに十分なトルクを供給する。

【0605】

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ：キャリッジおよびガントリツール
例示的な能動および固定ツール形状で構成された多軸SCOFAST機械の実施形態の例を図９Ａ～図９Ｃに示す。主（工作物保持）スピンドルの軸はZ軸であり、これは水平面内にある。Z軸に垂直な横軸はX軸であり、縦軸はY軸である。これらの実施形態では、各ツールキャリッジからの１つのツールで同時にワークピースを圧迫することができる。各ツールは、ワークピースに対してX、Y、およびZ軸に位置決めすることができ、さらに、各ツールは、ツールに対してヨーを提供するツール固有A軸の周り、およびツールに対してピッチを提供するツール固有B軸の周りで回転することができる。各能動ツールは、そのそれぞれのスピンドルの軸の周りで追加的に回転することができ、ツールに対してロールを提供する。ワークピースはまた、Z軸を中心に回転することができ、工作物保持主スピンドルキャリッジ全体をZ軸方向に移動させることができる。したがって、各能動または固定ツールは、任意の点および任意の相対角度でワークピースを圧迫することができる。

【0606】

図９Ａ：SCOFAST機械における二重長手方向ベッドレールキャリッジツールの上面図
長手方向ベッドレールのクロススライドキャリッジ形状を含む実施形態を示す上面図。この幾何学的形状では、２つの主スピンドルは、左右の主スピンドルキャリッジの一方または両方がZ軸に沿って移動するように構成される。すべての通常の多軸機械加工動作に加えて、各メインスピンドルキャリッジは、Z軸に十分な力を送達および受け取り、広範囲の有利な鍛造動作を達成することができる。フロントおよびリアクロススライドキャリッジもz軸方向に平行に移動して、所望のSCOFAST動作のための様々な能動および受動ツールを位置決めする。

【0607】

図９Ｂ：SCOFAST機械における長手方向オーバーヘッドガントリツールのX軸図
長手方向オーバーヘッドガントリ形状の例。長手方向オーバーヘッド形状ラベル[１０]はガントリを示し、ラベル[１１]はオーバーヘッドガントリキャリッジを示す。他の点では、ラベルは、図９Ａに示すような長手方向ベッドレール形状のラベルと同一である。そのようなガントリには、任意の数の能動および受動ツールホルダを取り付けることができ、ツールは、ツール交換モジュールを使用してオンザフライで変更することができる。複数のガントリが存在してもよい。各ガントリはX軸方向に移動することができ、ツールキャリッジ[１１]はガントリに沿ってZ軸方向に移動する。

【0608】

図９Ｃ：SCOFAST機械における横方向オーバーヘッドガントリツールのZ軸図
横方向オーバーヘッドガントリ形状の例。横方向オーバーヘッド形状ラベル[１０]はガントリを示し、ラベル[１１]はオーバーヘッドガントリキャリッジを示す。他の点では、ラベルは、図９Ａに示すような長手方向ベッドレール形状のラベルと同一である。

【0609】

図示の例は、単一クラスの直線形状の単なる例示である。多くの他の幾何学的形状が可能であり、図示された幾何学的形状の要素は、互いに、および他の幾何学的形状を表す要素と共に、任意の数および組み合わせでインスタンス化され得ることが当業者には明らかであろう。複数のガントリおよびレールを使用することができ、必要に応じてツール交換モジュールを組み込むことができる。図９Ａ～図９Ｃは、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0610】

[１０]リアベッドレール（A）／オーバーヘッドガントリ（B、C）
[１１]リアツールキャリッジ（A）／ガントリツールキャリッジ（B、C）
[１２]ツールスピンドル
[１３]ツールスピンドル
[１４]ツールスピンドル
[１５]ツールスピンドル
[１６]誘導加熱コイル
[１７]曲げツール
[１８]ミリングツール
[１９]ソーイングツール
[３０]センターベッドレール
[３１]左メインスピンドルキャリッジ
[３２]左メインスピンドル
[３３]左メインスピンドルコレット
[３４]ワークピース
[３５]右メインスピンドルキャリッジ
[３６]右メインスピンドル
[３７]右メインスピンドルコレット
[３８]鍛造ダイ
[５０]フロントベッドレール
[５１]フロントツールキャリッジ
[５２]ツールスピンドル
[５３]ツールスピンドル
[５４]ツールスピンドル
[５５]ツールスピンドル
[５６]切削ツール
[５７]３D印刷ヘッドツール
[５８]スプレー溶接ツール
[５９]ダブルアクションダイ鍛造／スウェージングツール
図１０：デュアル多軸回転能動ツールホルダおよびツール交換タワーを備えたSCOFAST機械の上面図
図１０は、デュアル作業保持スピンドル、デュアル多軸能動ツールホルダ、およびデュアルツール交換ツール管理タワーで構成されたSCOFAST機械幾何学形状の上面図である。他のSCOFAST－LIMIT機械要素は他の場所に示されている。ここで水平ベッドに示されている一般的な幾何学的関係が、フラットベッド、傾斜ベッド、垂直ベッド、または他の機械フレームにも等しく関連することは、当業者には明らかであろう。図１０は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0611】

[１０]リアベッドレール
[１１]リアツールキャリッジ
[１２]ツールスピンドルモータ
[１３]能動ツールおよび受動ツール用の電動ツールホルダ
[１４]リアツール管理タワー／ツール交換装置
[３０]センターベッドレール
[３１]左メインスピンドルキャリッジ
[３２]左メインスピンドル
[３３]ワークピース
[３４]左メインスピンドルコレット
[３５]右メインスピンドルキャリッジ
[３６]右メインスピンドル
[３７]鍛造ダイ
[５０]フロントベッドレール
[５１]フロントツールキャリッジ
[５２]ツールスピンドルモータ
[５３]電動ツールホルダ
[５４]フロントツール管理タワー／ツール交換装置
図１１：SCOFAST機械における鋳造、鍛造、およびミリング加工
図１１は、空間的にコヒーレントな鋳造、鍛造、および機械加工を実行するように構成されたSCOFAST機械の特定の要素の概略切断図である。図１１は、関連する参照番号によって示す以下の構成要素を示す。

【0612】

[１]溶融鋳造材料用供給チューブ
[２]コレット
[３]旋削スピンドル
[４]鋳造圧縮ラム
[５]旋削スピンドルコレットに保持されたダイベース
[６]２次工作物保持スピンドル内の鍛造コレットに保持されるダイ本体
[７]ミリングヘッドを備えた能動ツール
[８]油圧鍛造ラム
[９]ミリングヘッドを備えた能動ツール
図１２：SCOFAST機械における押出、鍛造、およびミリング加工
図１２は、空間的にコヒーレントな押出、鍛造、および機械加工を実行するように構成されたSCOFAST機械の特定の要素の概略切断図である。図１２は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0613】

[１]押し出される材料のビレット
[２]押出ダイ
[３]スピンドル
[４]コレット
[５]押し出されるワークピース
[６]鍛造ダイ
[７]ミリングヘッドを備えた能動ツール
[８]油圧鍛造ラム
[９]能動ツール
図１３：SCOFAST機械におけるパンチ成形および機械加工
図１３は、空間的にコヒーレントなパンチ成形および機械加工を実行するように構成されたSCOFAST機械の特定の要素の概略切断図である。図１３は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0614】

[１]成形パンチ
[２]クランプスリーブ
[３]スピンドル
[４]コレット
[５]ワークピース
[６]パンチ成形ダイ
[７]機械加工ツールヘッド
[８]油圧プレス
[９]機械加工ツールヘッド
[１０]油圧パンチプレス
図１４Ａおよび図１４Ｂ：共通の加工軸。

【0615】

図１４Ａは、ねじ機械またはタレット旋盤などの横型マシニングセンタの軸の１つの一般的な従来の名称を示す。軸Zは、主工作物保持スピンドル軸であり、軸Yは垂直であり、軸Xは、軸Yおよび軸Zによって画定される平面に対して垂直である。軸A、B、Cは、X、Y、Zに対して右手の法則で定義される回転軸である。図１４Ｂは、同様に、従来のミルなどの縦型マシニングセンタの軸の１つの一般的な従来の名称を示す。この場合、垂直軸は軸Zと呼ばれ、X軸およびY軸は直交し、Z軸に垂直な平面を画定する。

【0616】

図１５Ａおよび図１５Ｂ：運動軸の位置決め誤差成分
図１５Ａ～図１５Ｂは、多軸機械の各運動軸に存在する６つの誤差成分を示す。図１５Ａは、直線軸の誤差成分を示し、図１５Ｂは、回転軸の誤差成分を示す。

【0617】

図１６：鍛造され、機械加工され、曲げられた特徴を有するフックの側面図および正面図
図１６は、従来の個別機械を使用して製造するのは困難または高価であるが、鍛造、曲げ、および機械加工機能を備えるSCOFAST機械を使用して容易かつ安価に製造される単純な部品の側面図および正面図を示す。部品は、フックの本体のための均一な直径（「ベース直径」）を有する内側湾曲部[２]および外側湾曲部[３]と、ベース直径よりもわずかに小さいねじ付きシャフト[５]と、ベース直径よりも１つの寸法で大きく、別の寸法で先細になっているチゼルノーズ[１]と、その全長に沿ってベース直径よりも半径方向に大きいフレア状ベースフランジ[４]とを有するねじフックである。図１６は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0618】

[１]チゼルノーズ
[２]フック本体の内側湾曲部
[３]フック本体の外側湾曲部
[４]フランジ
[５]ねじシャフト
図１７：温度および歪み速度（εの上にドット）によるTi－６Al－４V合金の測定された応力－歪み曲線
ある範囲の温度およびある範囲の歪み速度における、最も商業的に重要なチタン合金の実験的に測定された応力－歪み曲線を図１７に示す。これらのような曲線は、形成される材料ごとに経験的に測定され、実行される動作ごとのSCOFAST機械の構成を可能にし、様々な動作に適するようにSCOFAST機械の設計が可能になる。この材料は、参照により本明細書に組み込まれるGaoら、２０１８年からのものである。

【0619】

図１８：毎秒２５の高歪み速度で変形されたTi－６２４６の測定された応力－歪み曲線
図１８は、単一の歪み速度である温度範囲にわたって測定された重要なチタン合金の経験的な応力－歪み曲線を示す。

【0620】

図１９：材料の応力－歪み線図
図１９は、一般的な応力－歪み線図である。縦軸は、横軸に伸びまたは圧縮（歪み）を生じさせる力（応力）である。Pは比例限界である。Eは弾性限界であり、それを超えると永久変形が持続する。Yは降伏点であり、それを超えると、応力のわずかな増加と共に塑性変形が著しく増加する。Fは破断点である。

【0621】

図２０：鍛造時の設備変数とプロセス変数
SCOFAST機械の性能要件および仕様を記述する製造プロセスと機械変数との間の相互関係のいくつかを図２０に示す。

【0622】

図２１：軸にラベルが付けられた例示的な代替のSCOFAST forchine形状
多軸制御および能動ツールを有する好ましい例示的なSCOFAST（Forchine）機械形状を図２１に示す。

【0623】

図２２：フィラメント押出機構。

【0624】

図２２は、加熱ヘッドを介してバー材またはフィラメントを供給して溶融物を押し出す機構を示す。図２２は、関連する参照番号によって示されるように、以下の構成要素を示す。

【0625】

[１]フィラメントベアリングローラ
[２]フィラメント
[３]フィラメント駆動ホイール
[４]駆動ホイールメインギア
[５]ステッパモータギア
[６]ステッパモータ
[７]加熱ヘッド
[８]押出された液状フィラメント
図２３：一般的なベアリングタイプの例
SCOFAST機械内の要素の回転を可能にしながら力を分配および伝達するために有利に使用することができるいくつかの一般的なベアリングタイプの例を図２３に示す。

【0626】

システムおよび方法の利点
部品の製造が異なる機械でいくつかの異なる動作を実行する必要があるときにいつでも生じるいくつかの長年の問題を軽減するのに役立つので、システムおよび方法の利点は当業者には明らかであろう。

【0627】

２つの異なる独立した機械間で移動されたワークピースに対して２つの動作が実行されると、生成されたワークピースの特徴は、関与する軸の数に比例して蓄積する角度誤差および他の幾何学的誤差と共に、同心度、同軸度、および共直線度の損失を常に示す。動作が２つの独立した機械で実行されず、代わりにSCOFAST機械に統合されると、様々な機械要素は、共通の作業スペース内で整列および較正され、その作業スペース内の決定論的な位置および向きで共通のワークホルダに保持されたワークピースに作用する。後者の場合の結果は、少なくとも動作間で満たすことができる精度が異なることが保証されることである。とりわけ、同軸度が保証されるため、同心度誤差を最小限に抑えることができる。製造された部品の慎重な測定および検査により、SCOFAST機械内に統合された動作によって製造された部品と、異なる機械で別々に実行された独立した動作によって製造された部品とを区別することができる。

【0628】

SCOFAST機械内の空間的にコヒーレントな方法での動作の組み合わせは、すべての要素の結合および協働動作に起因して、新しい有用な結果をもたらす。この結果は、単に別々の寄与を足し合わせるだけではなく、関連する動作は、改善された空間的コヒーレンス、改善された時間的制御（より迅速なシーケンスで動作を実行することができる）、および改善された環境均一性を達成するように実行されるように統合される。SCOFAST機械における動作の重要な統合は、組み合わせの産物であり、動作が組み合わされない場合には達成できない特定の結果を可能にする。

【0629】

主な利点は、精密部品が単一の組み合わされた一連の動作で一緒に鍛造および機械加工され得る場合、全体的な製造コストが削減され、部品が２次動作のために取り外されて他の機械に移動されることなく空間的にコヒーレントな状況で継続的に保持されるため、精度が維持されることである。部品特徴は、付加的に堆積され、鍛造され、または他の方法で形成され、次いで機械加工され、完全に完成した状態に仕上げられ、最後に単一の統合されたSCOFAST機械ですべて検査され得る。

【0630】

別の利点は、機械加工および仕上げの前に部品特徴をより大きな寸法に鍛造することができるため、廃棄物が低減されることである。これにより、最大鍛造特徴寸法よりも大幅に少ない材料素材の使用が可能になる。したがって、除去されなければならない廃棄物の量は、完全に機械加工によって作られる部品と比較してはるかに低減され、その場合、ストックは完成部品の最大寸法を超えなければならず、残りはすべて切り取られなければならない。

【0631】

別の利点は、異なる種類の各追加の動作を実行するために、１つの機械から部品を取り外し、それらを別の機械に移し、それらを取り付け、それらを再インデックス付けする必要がもはやないため、別々の機械を使用する製造と比較して、人件費および設備費が削減されることである。さらに、機械が少なくなることは、費用と時間がかかる機械設定が少なくなることを意味する。特に追加の機械オペレータが複数の機械を動作する必要がある場合、人件費の全体的な節約はかなりのものとなり得る。

【0632】

別の利点は、空間的コヒーレンス（複数の多様な動作にわたる部品の正確な３次元整列および位置合わせ）が、他の方法で実際に達成可能なレベルよりも高いレベルで維持されること、およびワークピースおよびツールが単一のSCOFAST機械内に留まり、作業が単一のジョブ／機械セットアップ内で完了するため、追加の労力なしに維持されることである。

【0633】

別の利点は、１次機械におけるワークピース整列と一致するように２次機械における正しい空間整列を確立し維持することに関連するコストおよび困難を回避することである。この利点は、整列および位置合わせの維持が、機械にわたる空間的位置および工作物保持を可能にするかまたは容易にするための特別な基準特徴の追加およびその後の除去など、さらに多くのコストおよび困難性を追加する可能性がある新規な工作物保持技術を必要とするシナリオにおいて特に重要である。

【0634】

別の利点は、様々な動作のためにワークピースを機械間で移動させることによっては製造することができない（または経済的に実行可能な方法で製造することができない）特定の部品を製造する能力である。

【0635】

別の利点は、機械ごとに温度を揃える特別な手順なしに、均一な温度または均一に変化する温度で迅速に連続して動作を実行できることである。

【0636】

別の利点は、動作中に危険なほど高温の部品を１つの機械から別の機械に移動させる必要がないことである。

【0637】

別の利点は、ワークピースが異なる機械への移動の条件として温度を変化させるとき、または移動中に温度を変化させるときに生じる寸法変化を回避することである。寸法および位置合わせにおけるそのような熱的変化は、第２の動作が実行され得る前に考慮されなければならず、SCOFAST機械内で動作が迅速に連続して実行されるときに回避または軽減される複雑さ、コストおよび無駄を追加する。

【0638】

別の利点は、その後の機械加工を困難にし、法外なほど高価にする可能性がある硬化をもたらす望ましくない冷却の回避である。

【0639】

別の利点は、動作間にワークピースが定位置に留まるため、より高い公差が達成可能であることである。部品の再位置決めを必要とする各追加の動作は、動作間のインデックス付けまたは部品の再位置決めの誤差が小さいため、達成可能な公差を低減する。

【0640】

別の利点は、処理が減少するため、エラーが減少し、廃棄物や検査不合格によって失われる価値の減少につながることである。部品を取り扱わなければならないたびに、エラーのリスクが上昇し、無駄や品質指標の失敗によって失われる価値もそれにつれて高まる。

【0641】

別の利点は、機械間の空間的コヒーレンスの損失に起因する微妙かつ可変のエラーを回避することにより、検査コストが低減され得ることである。そのようなエラーは、表面的に正しいように見える部品として現れる可能性があり、すべての部品に対してより高いレベルの検査を必要とするため、特に有害である。

【0642】

別の利点は、エラーが減少するため、検査に不合格になった部品を再製造する必要性が減少することである。２回製造されなければならない部品は、計画された時間、労力、および材料の２倍を消費するので、これは実質的な節約をもたらす。再製造がその後に完全に新しい機械設定を必要とし、他のスケジュールされたジョブを中断し、著しい経済的影響を及ぼし得る波及効果を引き起こす場合、さらに節約をすることになる。

【0643】

SCOFAST機械で行われる作業は、他の方法では鍛造およびプレスまたはアップセッターなどの専用設備を収容するためにかなりの量の床面積を必要とする可能性があるため、別の利点は製造に必要な床面積の減少である。

【0644】

別の利点は、加熱された金属部品が単一の機械内に留まるため、製造能力密度が増加することである。一方、別個の機械間の加熱された金属部品の移動は、追加の離間距離を必要とする場合がある。

【0645】

別の利点は、加熱された金属部品が単一の機械内に留まる一方で、別個の機械間の加熱された金属部品の移動が特別な安全対策を必要とする可能性があるため、特別な安全対策の必要性が低減されることである。

【0646】

別の利点は、すべての動作が単一の機械内で行われるため、鍛造および／または他の成形動作がワークピース上で追加的に実行されるという事実にもかかわらず、よく知られた付加的または除去的製造ワークフローを維持できることである。追加の別個の鍛造および成形設備を機械加工または３D印刷ワークフローに追加することにより、より複雑でよりコストのかかる新しいワークフローがもたらされる。

【0647】

別の利点は、２つの異なるタイプの動作を交互に繰り返し行う必要がある複数の工程を実行しなければならない場合、または多くの異なるタイプの動作を異なる順序で実行しなければならない場合に、物流上の困難が増えることを避けられることである。場合によっては、この利点は、そうでなければ法外に高価な部品を経済的に実現可能にするのに十分である。

【0648】

別の利点は、単一の空間コヒーレント機械内でワークピース上で基本的に異なるタイプの複数の動作を実行しながら、それらの基本的に異なるタイプの動作が別々の個別の機械で実行されるときにコスト、リスク、および複雑さを引き起こす要因の多くを回避または最小化する能力である。

【0649】

もう１つの利点は、靭性が高く加工硬化しやすいため、従来は機械加工が困難とされてきた高価値合金の機械加工能力が向上したことである。SCOFASTでは、異なる種類の複数の動作を同じ機械内で空間的にコヒーレントな方法で行うことができるため、多くの難しい合金を簡単に機械加工することができる。

【0650】

別の利点は、成形が機械加工と統合されると、成形によって部品の寸法が増加する可能性があるため、材料の無駄が低減される一方で、純粋に除去的な製造では、完成部品の最大の特徴を収容するのに十分な大きさの元の寸法を有するワークピースから廃棄材料を除去しなければならないことである。

【0651】

別の利点は、製造された部品の品質が高く、別々の機械での製造と比較して公差や一貫性が向上することである。

【0652】

別の利点は、労力のより効率的な使用である。

【0653】

別の利点は、より一貫した製造である。

【0654】

別の利点は、経済的な実用性の範囲内で製造することができる部品の数および種類の増加である。

【0655】

別の利点は、共振低減や、動作に関連する誤差（バックラッシュ、オーバーシュート、追従誤差、リンギング、ツール摩耗、熱膨張、負荷、慣性などによる誤差を含む）を低減するための他の方法を、SCOFAST機械で実行される動作全体に一貫した方法で適用できることである。

【0656】

別の利点は、以前に別個の機能を単一のマルチタスク機械で組み合わせることができる場合、経済的および技術的の両方の利点がもたらされ得ることである。

【0657】

別の利点は、同じ機械空間基準を使用して異なるタイプの複数の動作を実行できる場合、固定時間が短縮され、設計公差がより容易に達成されることである。

【0658】

SCOFAST機械の別の利点は、一連の動作を自動化する能力が改善され、搬送時間および滞留時間が短縮され、部品の一貫性が改善されたプロセス制御が改善されることである。

【0659】

別の利点は、システムおよび方法が、それらがマルチタスクミルターン機械、CNC旋削および／またはマシニングセンタ、スイス型CNC機械、またはカムおよびスイッチによって制御される古い旋削または機械加工設備であるかどうかにかかわらず、様々な既存の機械に後付けされ得ることである。

【0660】

システムおよび方法の別の利点は、SCOFAST機械の多くの構成要素が２つ以上の機能的役割を果たし、したがって機能的冗長性を低減し、部品製造のための全体的な重量およびスペース要件を大幅に低減することである。軌道プラットフォーム、地球外の場所、または長距離の惑星間または星間環境などの制約のある環境では、重量および体積の減少は、極めて有利または役立つものになり得る。

【0661】

システムおよび方法の別の利点は、同じ機械空間基準を使用して異なるタイプの複数の動作を実行できる場合に、より高いISO公差定格が達成され得ることである。

【0662】

システムおよび方法の別の利点は、いくつかの実施形態では、SCOFAST機械が既存の製造ワークフローに容易に統合されることである。

【0663】

別の利点は、SCOFAST機械内で別の動作を実行することによって特定の動作を容易にすることができることである。例えば、加工硬化および過度のツール摩耗などの問題は、困難な材料および極端なサイズで加工する場合の回転ブローチ加工の有用性を制限している。しかしながら、回転ブローチ加工の前にワークピースをマシニングセンタ内で加熱して降伏強度を低下させる能力は、この技術が有利に使用され得るサイズおよび材料の範囲を増加させ、一方で他の状況では速度を増加させ、ツール摩耗を減少させる。

【0664】

別の利点は、SCOFAST機械内で一緒に実行される２つ以上の動作が、別々に実行される場合の通常の機能と比較して動作の機能を変更または強化することができることである。機械の要素は、それらの通常の目的および使用方法とは異なる新しい目的および新しい方法で使用することができる。それらは、独自の結果を生成するために予期しない方法で機能することができる。それらは、別々の動作が別々に適用された場合に得られない新しい結果を可能にすることができる。

【0665】

強化された機能の一例では、通常の旋削センタは、ワークピースの塑性変形を引き起こして初期形状を最終形状に変えるのに十分な押圧力を適用または受ける目的を有さない。これらの成形動作を実行するためには、ハードウェアとソフトウェアの両方を修正および最適化する必要があるため、これは機能の単純な組み合わせではない。

【0666】

強化された機能の別の例では、マシニングセンタの工作物保持コレットの通常の目的は、アンビルまたは鍛造ダイの１つの面として機能することを含まない。本明細書に開示される実施形態では、通常、旋削および／またはマシニングセンタ内の工作物保持機能を果たすコレットは、その元のまたは通常の目的とは無関係のこの新しい目的のために使用される。forchineコレットは、この固有の目的を果たすためにカスタマイズを必要とするか、またはカスタマイズから利益を得ることができる。例えば、平坦性のために表面研削されてもよく、コレットに対して鍛造または成形される材料の表面に転写される凹状または突出状の設計を有してもよく、マルチパートダイの一部を形成するように成形されてもよい。特殊な素材を使ったり、傷つきやすい部分を保護された場所に配置するといったことが必要かもしれない。

【0667】

別の例では、熱間鍛造に使用される要素は、ワークピースを加熱して変形させる通常の意図された機能を有する。本明細書に開示されるいくつかの実施形態では、熱間鍛造に使用される要素は、ワークピースを物理的形態に一時的に配置し維持する追加の新規かつ予期しない機能、加工感受性が高められた状態、および他の方法では機械加工が困難な金属であるものを容易に加工するのに有利な場所を有する。加熱後（鍛造の有無にかかわらず）、加工感受性が高められた状態は、ワークピース材料の冷却に起因して短時間であり、多くの場合、その材料特性を不利なように変更することなく再加熱することはできない。いくつかの実施形態では、チタン合金などの高価値合金に対して行われる機械加工動作は、加熱の完了後または鍛造動作の完了後１０秒以内、好ましくは３秒以内に完了しなければならない。他の実施形態では、加工感受性が高められた状態は、成形動作の完了後２秒以内、好ましくは１秒以内に加工を完了しなければならないような短時間である。

【0668】

別の例では、チタン合金などの特定の材料は、鍛造中に硬化を受け、これにより、ねじ山が鍛造ワークピースに続いて圧延されるのを防ぐことができる。場合によっては、必要な仕様を満たすようにねじ山を一貫して圧延することは物理的に不可能である。他の場合では、過度のツール摩耗のために、経済的に実現可能な方法でそうすることは不可能である。このため、多くの製造部品では、市販されている唯一の鍛造製品は、圧延ではなく切断されたねじ山を有する。圧延されることが多いねじ山は、特定の優れた材料および機械的特性のために、切断されるねじ山よりも好ましい。SCOFAST機械内で鍛造および機械加工要素が組み合わされる実施形態では、鍛造されたワークピースが加工感受性が高められた短寿命状態のままである間に圧延が行われるため、過度のツール摩耗なしに鍛造されたチタン合金ワークピース上でのねじ山転造が可能である。SCOFAST機械内の要素の組み合わせは、以前は全く作ることができなかった部品の製造を可能にし、また、以前は経済的に作ることができなかった特定の部品の経済的に実現可能な製造を可能にする。

【0669】

多くの材料では、一度確立された加工感受性の向上した状態は、脆化を引き起こすことなく材料を再加熱することができないため、再現または延長することができない。このような場合、機械加工は短時間で完了しなければならない。加熱、熱間鍛造、または他の熱間成形後の加工感受性の向上の持続時間は、使用される材料およびワークピースのサイズを含む多くの要因に依存する。いくつかの実施形態では、持続時間は最大６０秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大３０秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大１０秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大５秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大４秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大２秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大１秒である。いくつかの実施形態では、持続時間は最大０．１秒である。

【0670】

別の利点は、SCOFAST機械内で鍛造および機械加工要素が組み合わされる実施形態では、グレード５のチタン合金ワークピースを鍛造し、次いで機械加工の感受性を高めた状態で機械加工して、例えば、図４Ａに示すボルトなどの六角形のヘッドおよび転造ねじ山を有するねじ付きボルトを製造することができることである。このようにSCOFAST機械で製造された部品は、本明細書に記載されているように様々な要素が組み合わされた場合にのみ生じる特定の予想外の独特の冶金学的および機械的特性を有する。これらの特性は新規であり、価値があり、自明ではなく、統合された要素が組み合わされて機能する結果を除いて存在しない。例えば、表X：Forchineで製造されたTi－６Al－４Vボルトの材料特性における予期せぬ改善と従来の方法との比較は、鍛造と機械加工を組み合わせたSCOFAST機械（例えばForchine）で製造された部品が、同じボルトを別々の動作で製造した場合には存在しない、動作を組み合わせた場合にのみ生じる特性を有することを示している。この場合の予想外に向上した特性には、ボルト平板の表面硬度の増加（２０HRCから６５HRC）、破損時の最小トルクの増加（１３７fpから１４６fp）、破損時の平均トルクの増加（１４０fpから１４８fp）、およびコバルトドリルによる貫通に対する抵抗の増加（２０インチポンドから８０インチポンド）が含まれる。

【0671】

当業者であれば、ここで述べたいくつかの例を超えて多くのさらなる利点を認識するであろう。新しい材料および技術が利用可能になるにつれて、システムおよび方法のさらなる利点も等しく明らかになるであろう。

【0672】

実施形態
例の目的のために、いくつかのサイズ、形状、幾何学的形状、温度、力、および材料を指定することができるが、指定されたとしても、これらは単に例として与えられているに過ぎない。開示されたシステムおよび方法は、任意の材料、任意のサイズ、形状、および材料の構成、任意の機械構成、任意の形状を有する機械およびワークピースにも同様に適用することができる。作業は、任意の力を使用して任意の温度で行うことができる。

【0673】

一般に記載されているプロセスおよび与えられた各特定の例は、本明細書に記載されている特定の材料、ワークピース、および基材に限定されず、むしろ、各プロセスおよび各例は、現在存在するもの、ならびに将来発見または発明され得るものを含む、任意の材料または材料の組み合わせを含む状況に一般化され得ることが当業者には明らかであろう。本明細書に記載の技術およびプロセスは基材とは無関係であり、力およびエネルギープロファイル、力／エネルギー適用工程、変形工程、機械加工工程、付加工程、変換工程などの詳細はそれらの詳細において異なり得るが、SCOFAST機械内で空間的にコヒーレントな方法で実行される一連の動作としてそれらを組み合わせる基本的なシステムおよび方法は、本明細書に記載されているものと同じである。

【0674】

好ましい実施形態
SCOFAST機械の好ましい実施形態は、加熱動作（例えば、誘導加熱）および成形動作（例えば、熱間ダイ鍛造）を行う機械要素と、除去動作（旋削および機械加工）を行う機械要素と、変換動作（熱操作および／または化学処理を使用した靭性向上処理）を行う他の機械要素とを組み合わせた「Forchine」である。この実施形態の一例は、チタンボルトの製造のためのSCOFAST「Forchine」の実施形態を示す図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅに示されており、図の説明およびここで与えられる説明を参照して理解されるであろう。そのような機械の使用の具体的な例が開示されており、それには、ねじまたはボルトのシャンクをバー材から回してねじ込むことができる正確な方法が含まれ、ヘッドはインサイチュで鍛造され、部品は、表面靭性ならびにトルクおよび張力下での故障に対する耐性の大幅な改善のために熱処理および化学処理される。このようにして、性能が向上したねじまたはボルトは、その工作物保持固定具から部品を取り外すことなく、１回の動作で最初から最後まで作られる。

【0675】

この実施形態は、バー材フィーダから供給されたバー材がすべて同じ機械で自動的に鍛造され、機械加工され、靭性のために処理されるように構成された機械を備える。バーが加熱された後、空間的コヒーレンスがその後の動作にわたって維持され、特定の締め具の製造コストの大幅な削減を可能にする。スピンドル軸、鍛造軸、および機械加工軸の間の共線回転軸からのいかなる偏差も、複合加工および鍛造作業スペースの全長にわたって約０．０００５インチ／インチ以内、好ましくは約０．０００１インチ／インチ以内に保持される。

【0676】

Ti－６Al－４Vグレード５チタン合金および他の高強度チタン合金は、焼鈍状態でもそれらの高強度のために製造に使用するのが最も困難な材料の１つである。高い室温降伏強度（１３８，０００psi以上）、比較的低い熱伝導率、降伏前の高い伸び、および比較的高い硬度の組み合わせは、冷間成形および機械加工を特に困難にする。急速な加工硬化の傾向は困難を悪化させる。好ましい実施形態に従って実行される一連の動作は、ねじおよびボルトを製造するためのシステムおよび方法の使用を示す。組み合わされた動作により、物理化学的処理によって材料特性が改善された鍛造六角頭付きグレード５チタンボルトが、１台のSCOFAST「Forchine」機械で、加熱、鍛造、機械加工、およびその他の製造動作からなる一連の動作を通じて、空間的にコヒーレントな方法で自動的に製造され、ワークピースはワークホルダから取り外されることはない。この方法は、二度説明され、まず自由形式で、次に図２および図３を参照して再度説明される。

【0677】

サイクルは、任意の金属、本実施形態では好ましくはグレード５のチタンからなる円柱状のバー材が、自動バー材フィーダから、エンジンによって駆動される回転スピンドルの中心を通り、スピンドルに固定されたコレットを通過して、複合鍛造－マシニングセンタからなるSCOFAST機械（以下、「forchine」）に供給されるときに開始される。バー材は、長さについてインデックスが付けられ、コレット面の前の作業領域内に突出するバー材の一部（「ワークピース」）と共にコレットによって固定される。機械加工動作は、ワークピースに向き合い、製造されるボルトまたはねじの粗サイズにワークピースを回転させる。変換動作は、コレットに隣接するワークピースのセグメントに熱エネルギーを加え、エネルギーは、加熱のための位置に自動的に移動され、加熱が完了すると引き込まれる誘導コイルを介して送達される。

【0678】

この製品の場合、製造設計は、バーの中央で成形が行われることを意味する反転アップセットを必要とし、したがって、コイルはコレットに隣接するバーを取り囲む位置に移動する。コイル内のワークピースのセグメントは、鍛造される金属合金、鍛造ダイのサイズ、鍛造が生じる速度、および鍛造に利用可能な力の量に依存する温度まで加熱される。この実施形態で説明したようにアップセット鍛造されるチタン合金の場合、温度は、好ましくは約５５０℃～約１３５０℃の範囲、最も好ましくは約８５０℃～約９５０℃の範囲にある。鍛造ダイがワークピースシャフト上を移動し、ワークピースシャフトを閉じたダイ内に塑性変形させるのに十分な力でワークピースをコレットに対して圧縮し、それによってワークピースにボルトヘッドを成形するアップセット鍛造動作が行われる。

【0679】

鍛造ダイがコレットに押し付けられなければならない力は、鍛造の投影面積、金属バーが加熱される温度、鍛造動作の歪み速度、および摩擦による損失に依存し、本明細書の他の箇所に記載されているように計算または推定することができる。歪み速度は、塑性変形が生じる速度によって決定される。所与の歪み速度に対して、力は、材料の降伏強度およびダイの摩擦力を克服するのに十分でなければならず、SCOFAST機械の力送達能力の範囲内でなければならない。所望の降伏強度（または所与の温度での降伏強度）を達成するためにワークピースを加熱しなければならない温度は、表IVに示す式を使用して推定され、所与の動作について経験的に試験される。

【0680】

この実施形態では、コレットは、鍛造温度まで加熱されたワークピースを保持し、コレットシステムは、過度の摩耗なしに結果として生じる熱負荷および鍛造力に耐えることができなければならない。いくつかの適切なコレットシステムが利用可能である。一般に、エラストマーを必要としないコレットシステムが好ましいが、コレットシステムがエラストマー成分を含有する場合、高温エラストマーを選択してもよい。約１００C～５００C、好ましくは約２００C～約３００Cの範囲の温度に耐える適切なエラストマーが利用可能である。好ましい解決策は、図５Ａの位置[１]でスピンドルテールの後ろに取り付けられたデッドレングス型コレットクローザ（業界で周知のものなど）である。この実施形態では、このような配置は、能動機構とコレット面との間に約２０インチの分離をもたらし、延伸管がスピンドルを通過してコレットを閉じる。この実施形態では、コレットおよびコレットチャックは、ばね鋼として硬化および焼戻しされた約０．７％～約１．５％の炭素含有量を有するツール鋼から選択される。実際には、ワークピースの熱質量は低く、コレットの熱質量は高いため、熱伝達量は、懸念されるレベルまで温度を上昇させるのに十分ではない。さらに、この実施形態では、曝露時間は非常に短い。最後に、加工流体は冷却剤として働き、過剰な熱を迅速に運び去る。

【0681】

この実施形態では、コレット面は閉じたダイのベースとして機能し、鍛造力はこのようにコレットを介してスピンドルとスピンドルベアリングに伝達される。スピンドルベアリングは、このような力を受け取ることができるサイズとタイプであり、この力を、力を受け取るために十分な重量と剛性を有し、製造される部品の設計公差を維持するために十分な変形と振動に抵抗するforchineのフレームにマウントを介して伝達することができる。

【0682】

化学混合物がワークピースに適用される変換動作が実行され、前記混合物は、冷却するにつれて熱チタンと結合し、部品の表面硬度およびバルク靭性の増加をもたらす。使用される化学混合物は、所望の材料変換に依存する。この実施形態では、高温チタンに適用される混合物は、好ましくは先に開示されたように構成された強化流体である。強化流体は、約５PSI～約５０PSIの範囲の圧力、好ましくは約１２PSIの圧力、および約１リットル／分～約１０リットル／分の範囲の流量、好ましくは約３．８リットル／分の流量でツール－ワークピース界面に導かれる。

【0683】

機械加工動作を実行して、ワークピースにレリーフセグメントを作成する。別の機械加工動作を実行して、ワークピースのシャフト上に所望のピッチのねじ山を転造する。追加の機械加工動作は、面取り部および他の機械加工された特徴を追加する。洗浄動作は、切削流体、コンディショニング処理に使用される化学物質、およびワークピースから破片を除去する。任意選択の測定動作は、完成したボルトが仕様の範囲内にあることを確認する。コレットが開かれ、（ボルトが取り付けられた）バー材が切断のためのインデックスまで進められる。機械加工動作は、完成したボルトを切断し、そのプロセスにおいてボルト頭部に面する。動作が完了した後、部品処理動作は、完成したボルトを受け取り、複合部品の組み立て、２次検査、または包装などの任意の所望の後続の目的のために、それをキャリアに移送する。

【0684】

この好ましい実施形態は、forchineの１つの実現された例に過ぎず、この複合鍛造マシニングセンタの特定の形状および原動力は例示に過ぎないことが理解されよう。同じ機能的機械要素は、リニアアクチュエータまたは任意の他のタイプの原動機によって送達される動力および鍛造力を有する、図２１に示すような別の好ましい幾何学的形状または任意の他の幾何学的形状を使用する機械において同様に十分に実現することができる。

【0685】

Forchineでの鍛造および機械加工によるTi－６Al－４Vねじ付きチタンボルトの製造方法を、図２のモジュール式プロセス図および図３に示す対応するラベル付き機械要素を参照して詳細に説明する。

【0686】

１．制御モジュール
制御モジュール[１]は、ボルト製造の新しいサイクルを開始する。この例では、制御モジュールは、監視、プログラミング、およびプロセス制御のための有線および無線通信と共に、各機械要素の動作を制御するアナログ制御およびデジタル制御の混合物を含む機械コントローラである。

【0687】

２．原料供給
丸形Ti－６Al－４Vチタンバー[３]は、バーフィーダ[２]によって、機械の主軸台[５]、工作物保持スピンドル[４]および工作物保持スピンドルコレット[９]を通って押される。

【0688】

３．LIMITインデックス付け
タレットボンネット[１３]が回転して、インデックス付けストップを含む所望のツール[１２]を定位置に移動させる。タレットスライド[１４]は、主軸台に向かって予め設定された位置まで前方に移動する。コレットが弛緩し、図３Ｂに示すように、バーフィーダがインデックス付けストップと接触するまでチタンバーを前進させる。次いで、タレットは異なるプリセット位置に進み、バーは、端部が次の一連の動作に適したインデックス付き位置に移動されるまでコレットに押し戻される。コレットが閉じて、バーを所定の位置に固定する。

【0689】

４．工作物保持
工作物保持スピンドルコレットは、バー上にしっかりとクランプし、すべての成形および機械加工動作のためにそれをしっかりと保持する。スピンドルおよびコレットは、制御モジュールによって調整された速度でバーを回転させる。

【0690】

５．付属材料の処理
冷却剤、潤滑剤、および処理流体として機能する加工流体は、加工流体ポンプ[２６]によってホースおよびノズル[１１]を通って圧送され、コレットから突出するバーの部分に導かれる。加工流体は収集トレイ[２０]に収集され、回収およびリサイクルシステム[２５]で処理される。

【0691】

６．除去的機械加工
６．１．上側ポジショナ[６]は、切削ツール[８]をバー材に向かって移動させ、バー材端部を正方形に加工し、後退させて、バー材端部を滑らかに加工された面にする。

【0692】

６．２．フロントクロススライド（１７）は、切削ツール（３１）をバーに向かって移動させ、バーの端部に面取りを機械加工し、後退させる。この面取りのサイズは、面取りが、バーの端部上に加熱機構を案内し、鍛造ダイをバー上にセンタリングし、追加の周方向機械加工ツールをバー上にセンタリングし、完成したボルトのためのねじ山面取りを提供するという複数の目的に役立つように調整される。

【0693】

７．LIMITインデックス付け
タレットボンネットは再び回転して、インデックス付けストップを含む所望のツールを定位置にもたらす。タレットは、予め設定された位置に移動する。コレットが弛緩し、バーフィーダがインデックス付けストップと接触するまでチタンバーを前進させる。次いで、タレットは、異なるプリセット位置に進み、したがって、バー端部は、次の動作に適したインデックス位置に移動される。コレットが閉じて、バーを所定の位置に固定する。

【0694】

８．変換動作
上側ポジショナ[６]は、図３Ｃに示すように、バーの端部上に誘導加熱コイル[７]を位置決めし、バーを加熱するための所望の位置までコレットに向かって前進させる。誘導加熱システム[２２]はコイルに電力を供給し、コイル内に位置決めされたバーの部分（「加熱ゾーン」）の温度を上昇させ、一方、スピンドル[４]はバーをゆっくりと回転させて均一な熱分布を確実にする。加熱は、加熱されたゾーンの温度が、材料の降伏強度を製造設計仕様によって定義された実用的な成形性の範囲に低下させるのに十分高くなるまで続く。グレード５のチタンの場合、加熱後の温度は、約８００C～約１３５０Cの範囲、好ましくは約８５０C～９５０Cの範囲、より好ましくは約９００Cである。

【0695】

９．LIMITインデックス付け
コレットが弛緩し、タレットが別のインデックス付けストップによって前方に移動し、コレットの内側の加熱ゾーンのわずかな部分およびコレットから突出する加熱ゾーンの残りの部分によってバーを次の位置に押し込む。これにより、ダイによって成形される材料のすべてが必要な温度および降伏強度にあることが保証される。コレットが閉じ、バーを所定の位置に固定する。このインデックス位置は、コレットから突出する材料の量を設定し、これは成形ダイの総体積と一致しなければならない。この例では、製造設計は逆アップセットを必要とし、これは成形が端部ではなくバーの中央で行われることを意味する。このため、バーは、ボルトの全長に、ヘッドを形成するのに必要な材料の体積を提供するのに十分な量を加えて突出する。ダイは、ボルトのシャフトならびにバーの加熱部分から鍛造されるヘッドを保持する。

【0696】

１０．成形動作
実施される成形動作は鍛造である。タレットツールボンネットは、回転して、図３Ｄに示すように、鍛造ダイを含むツール[１２]を定位置に運ぶ。タレットスライド[１４]は、鍛造ダイが毎秒約３インチ～毎秒約４インチの速度でコレットに向かって前進するように前進される。中空ダイは、ワークピースバー上を摺動し、バーの端部がダイ内で底を打つまで前進し続け、エネルギーのワークピースへの衝撃伝達を引き起こす。タレットスライドは、ワークピース[３２]の加熱領域の塑性変形を誘発するのに十分な押圧力で前進し続け、高温チタンを変形させてダイに流入させ、ダイキャビティを充填する。タレットの前進ストロークの終わりに、ダイは、ダイの背面として機能するコレットに対してキャビティを完全に閉じている。押圧力は、タレットスライド内にあり、ツールタレットベース[１５]に固定されたピストンシャフトを有する油圧シリンダ[１４A]によってタレットスライド[１４]内に生成される。一方向の力は、ツールタレットベース[１５]およびタレットキャリッジ[１６]を介してベッドおよびフレーム[１９]に伝達される。他方向の力は、タレットスライド[１４]、タレットツールボンネット[１３]、ダイ[１２]、およびワークピース[３]を介して伝達され、コレット[９]および工作物保持スピンドル[４]に受け取られる。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに示されるように、工作物保持スピンドルは、成形動作中にコレットに供給される力に耐えるのに十分に強いベアリング（例えば、ディープカラーボールベアリングまたはスラストベアリング）によって懸架される。スピンドルベアリングおよびスピンドルマウントは、次いで、鍛造力を主軸台[２０]に伝達し、次いでベッドおよびフレーム[１９]に伝達し、全体の各要素は、これらの力に抵抗するのに十分な強度で加工される。記載されている部品の鍛造に必要な合計時間は、約０．１秒～約５．０秒の範囲、好ましくは約０．１秒～１．０秒の範囲である。鍛造動作が完了すると、油圧シリンダ室の流れが反転して、ダイが引き込まれ、タレットスライドがツールタレットベース内に部分的に引き込まれて定位置に戻る。

【0697】

１１．変換動作
成形動作後にダイが引き込まれると、強化溶液を含む加工流体が、約１２PSIの圧力および約１ガロン／分の速度で熱間成形されたワークピース上にポンプ輸送される。スピンドルが回転し始め、ワークピースを制御された速度で均一に冷却する。加工流体の流量および温度は、所望に応じて処理パラメータを調整するように調整される。

【0698】

１２．除去動作
ワークピースがコレット内に依然としてしっかりと固定され、好ましくは約２００C～約１０００Cの範囲内、より好ましくは約５００C～７００Cの範囲内の高温にある状態で、ボルトのシャフトは、タレットツールボンネット[１３]、フロントもしくはリアクロススライド[１７、２７]、および／または上側ツールポジショナ[６]に取り付けられたツールを使用して、製品の所望の特徴、仕様、および公差を提供するように機械加工される。

【0699】

１３．LIMITインデックス付け
機械加工が終了すると、バーは、切断のために位置決めされた別のインデックスストップに進められる。

【0700】

１４．ワークピース回収
図３Ｅに示すように、上側ツールポジショナ[６]は、切削ツール[８]を前進させて、製造されたボルトをバー材から切断すると同時に、ボルト頭部の上部に仕上げ切削を行う。部品回収シュート[３３]が位置決めされ、ワークピースはシュートに落下し、forchineから取り外される。

【0701】

与えられた例は、作業用forchineとして具現化されたSCOFAST機械システムの一例を、有利にはforchineおよび本方法が適用される動作工程を使用して製造される実際の部品と共に説明する。これらの詳細は、例としてのみ与えられる。当業者であれば、多くの他のforchine機構成が可能であり、異なる形状および異なる機械要素を有するforchine機で同様の一連の動作を実行できることを認識するであろう。当業者はまた、本システムおよび方法が、ストックの自動供給またはブランクの自動装填の有無にかかわらず、任意の部品および任意の材料に等しく良好に適用され得ることを認識するであろう。

【0702】

この実施形態および例では、forchineは、空間的にコヒーレントな方法で単一の機械における鍛造、機械加工、および他の動作を組み合わせる。鍛造力は、加工される材料を鍛造するのに十分な力を送達することができなければならない被駆動ツールヘッドによって提供される。鍛造は、鍛造されるボルトの正確な領域を主に加熱する形状に形成された誘導コイルを使用して、塑性変形に必要な力を低減するために材料を加熱することによって容易になり、したがってボルトのシャフトが過度に熱硬化することを回避する。この実施形態における鍛造ダイの背面プレートはコレット自体であり、これは熱および鍛造の力の両方に耐えることができる材料でなければならず、同様に鍛造の力に耐えることができ、その力をスピンドルマウント、およびそれによってforchineのフレームに伝達することができるスピンドルベアリングを有するスピンドルに取り付けられなければならない。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、スラストベアリングを追加して軸方向負荷容量を増加させるためのスピンドルの修正の例を示す。図２３は、SCOFAST機械で使用することができる代替のベアリングタイプの例を示す。

【0703】

この実施形態では、利用可能な鍛造エネルギーは、ダイがワークピースに衝撃を与える際のダイの減速、それに続くダイが強制的に閉じられる際の残りの距離にわたって作用する押圧力による、ワークピースへの初期エネルギー伝達を含む。初期エネルギー伝達は、ツール、ツールホルダ、および初期衝撃によって減速される他の要素の質量および衝撃前速度に依存する。その後のエネルギー伝達は、油圧、空気圧、電磁気、重力、スクリュー駆動、または他の手段によるかどうかにかかわらず、forchineによって送達される押圧力に依存する。

【0704】

この実施形態では、成形を容易にするために材料の降伏強度を低下させるために熱が使用される。いくつかの実施形態では、加熱および鍛造される材料は、高強度チタン合金である。当業者には、降伏強度を熱によって低下させることができる任意の材料を高強度チタン合金の代わりに用いることができることが明らかであろう。適切な材料には、金属、ガラス、セラミックおよびプラスチックが含まれるが、これらに限定されない。所望の降伏強度（または所与の温度での降伏強度）を達成するためにワークピースを加熱しなければならない温度は、表IVに示す式を使用して推定され、所与の動作について経験的に試験される。

【0705】

与えられた例では、鍛造力は、閉じられた鍛造ダイの後面として機能するコレットによって受け取られる。機械のスピンドルは、成形動作中にワークピースに、それによってコレットを介してスピンドルに送達される力に耐えることができる、重い深溝ボールベアリングによって定位置に保持される。ボールベアリングは、鍛造力を主軸台に伝達し、主軸台は、これらの力に抵抗するのに十分な強度で加工される。０．６３６２平方インチの断面積を有するTi－６Al－４Vボルトヘッドの場合、必要とされる熱間鍛造圧力は、約１５００～約４，７００ポンド／平方インチの範囲内であり、したがって、スピンドルおよびベアリングに対する直線力は、ダイが完全に閉じられたときに約１０００～約３０００ポンドまたは約０．５～１．５トンの範囲内である。ツールタレットの運動量および衝撃によって運動エネルギーが伝達される速度に応じて、鍛造衝撃中のピーク力はこれを超える場合がある。

【0706】

他の実施形態では、鍛造ブッシングまたは鍛造プレートは、コレットと鍛造ダイとの間に配置されてもよく、鍛造ブッシングまたはプレートは、何らかの方法で機械のフレームに固定されるか、別の方法でその位置で安定化され、その結果、鍛造力は、コレットではなくプレートまたはブッシングによって受け取られ、その目的に十分な専用機械要素を介して機械フレームに伝達される。このような設計では、スピンドルベアリングは、鍛造およびプレス成形に関連する軸方向負荷全体を受け取って伝達する必要はない。

【0707】

鍛造力と油圧
この実施形態では、SCOFAST機械は、鍛造および機械加工の両方に使用されるツールタレットを移動させるために油圧アクチュエータを使用するforchineである。電気駆動式リニアアクチュエータ、機械式アクチュエータ、または任意の他のタイプのアクチュエータが油圧アクチュエータの代わりに使用され得ることは、当業者には明らかであろう。新たにforchineを設計するか、または既存のマシニングセンタを修正してforchineを作成するかにかかわらず、forchineの能力は、利用可能な鍛造／成形力によって制限される。この特定の実施形態では、鍛造力は、プロセスで使用される温度および速度で成形される材料の塑性変形を誘発および維持するのに必要な力（流れ応力）を送達するのに十分でなければならない油圧シリンダのピストンヘッドに加えられる油圧から生じる。鍛造動作中、ワークピース（Aw）の投影変形領域にわたって作用する単位面積当たりの鍛造力（Pw）は、シリンダピストンヘッド（Ac）の領域にわたって作用するシリンダ（Pc）内の単位面積当たりの油圧力に等しくなり、したがって、Pw＊Aw＝Pc＊Acである。必要な鍛造サイズが与えられた場合の必要なシリンダ圧力は、Pc＝Pw＊Aw／Acで与えられる。あるいは、指定されたシリンダ圧力が与えられた場合の最大鍛造投影サイズは、Aw＝Pc／Pw＊Acで与えられる。

【0708】

所与の鍛造ダイサイズに必要な油圧
例えば、Ti－６AL－４VのM２０ボルトに構造用ボルトヘッドを９５０Cの温度および１／秒の歪み速度で鍛造する（０．５秒で加熱領域を５０％短縮するアップセット鍛造）ために、関連する応力－歪み曲線を図１７から参照し、必要な流れ応力は８５MPa、すなわち８５００００００ニュートン／平方メートルであると決定される。

【0709】

ISO規格の構造ボルトの六角形のヘッドは、ボルト直径Dの２倍の最大（長い対角線）寸法を有し、したがって、辺の長さはDであり、面積Aは

【0710】

【数2】

【0711】

２０mmボルトの場合、頭部の投影鍛造面積は１０３９mm２または０．００１平方メートルである。必要な力は、必要な流れ応力（８５，０００，０００ニュートン／平方メートル）にこの投影された鍛造面積を乗算して８５０００ニュートンを得ることによって求められる。次いで、この力をforchine型油圧シリンダピストンの面積で除算して、必要な油圧を得る。本実施形態では、forchineは、０．００２平方メートルの総断面積を有する２つの平行なシリンダを有するため、必要な総圧力は４２．５MPa、すなわち６５２７PSIである。摩擦力は、鍛造に使用されるダイの複雑さに応じて、これを増加させる可能性がある。より高い温度またはより低い歪み速度は、必要な圧力を低下させる可能性がある。必要な圧力はまた、鍛造エネルギーの一部を初期衝撃段階の運動エネルギーとして送達することによって低減され得る。

【0712】

所与の油圧に対する最大鍛造ダイサイズ
別の例では、０．００２平方メートルの総ツールホルダ油圧シリンダ面積を有するHardinge DSMA機械旋削センタの設計に基づくforchineは、３０００PSIの油圧鍛造圧力を有するように構成される。鍛造可能な最大要素の投影面積は、必要な流れ応力に対する機械油圧の比に油圧シリンダ面積を乗じて決定される。

【0713】

Ti－６Al－４Vワークピースの鍛造要素を９５０Cで毎秒１の歪み速度で鍛造する場合、必要な流れ応力は、１２３２８．２PSIに相当する８５MPaであると既に決定されている。機械油圧は３０００PSIであるため、この温度および歪み速度で鍛造できる最大投影面積は３０００／１２３２８＊０．００２＝０．０００４８平方メートル、すなわち０．７３平方インチである。より複雑なダイが使用される場合、摩擦力によって最大鍛造可能サイズを小さくすることができ、またはより高い温度もしくはより低い歪み速度が選択される場合、または衝撃によって追加の（運動）エネルギーが機械からワークピースに伝達される場合、最大鍛造可能サイズを大きくすることができる。

【0714】

所与の油圧で所与のダイサイズを使用して鍛造するための最低温度
所望のサイズおよび固定油圧を所与としてボルト頭部を鍛造するのに必要な温度を決定するために、最初に歪み速度を選択する必要がある。アップセットされるバーの部分が２５０msecで２５％短縮される場合、歪み速度は、図１７（c）に示す曲線のセットに対応して、毎秒１である。流れ応力を提供するために利用可能な単位面積当たりの力は、油圧にボルト頭部面積に対するシリンダ面積の比を乗じたものである。応力－歪み曲線を参照して、利用可能なこの量の力でこの歪み速度でこのヘッドサイズを鍛造するのに必要な最低温度を決定する。

【0715】

初期衝撃成形工程による歪み速度の最小化
十分な時間が利用可能である場合、より遅い歪み速度は、塑性変形を達成するために必要な流れ応力を減少させる。鍛造に利用可能な合計時間は、ワークピースの冷却時間によって制限される。プレス成形工程の前に衝撃成形工程を追加することによって、高速化および鍛造能力の向上を得ることができる。これは、鍛造ヘッドおよびダイをワークピースに加速させて、（運動エネルギーが伝達される）衝撃鍛造の初期工程と、それに続くプレス成形の２次工程とを作成することによって達成することができる。鍛造および機械加工が、forchineに変換されたHardinge DSMAねじ旋盤に対して行われる実施形態では、工作物保持キャリッジは、１５０ポンドの重量を有し、ワークピースと接触して急速に減速される前に約５．３インチ／秒の終端速度まで加速される（「衝撃段階」）。ワークピースが変形する距離に、その変形を引き起こすために加えられる流れ応力を乗算したものは、衝撃において伝達される運動エネルギーに等しくなければならない仕事である。したがって、衝撃段階中に伝達されるエネルギーは、必要な変形の大部分を達成し、残りの時間にわたって実行される変形の量を少なくし（「プレス段階」）、プレス段階中のより遅い歪み速度を可能にする。

【0716】

好ましい実施形態の利点
SCOFAST機械の使用は、他の場所で指摘されている多くの潜在的な利点をもたらす。好ましい実施形態の例に記載されているようにチタン部品を製造するためのforchineの使用は、これらの利点の多くを示し、いくつかの特定の予想外の利点を明らかにする。いくつかの特定の生産効率は、SCOFAST機械（この場合、forchine）内で動作が迅速に連続して実行される難機械加工材料（高強度チタン合金など）を成形および機械加工する能力に由来する。

【0717】

精密ボルトを製造するための他の方法と比較したforchineの利点は、当業者には明らかであろう。同様のボルトをすべて機械加工で製造する場合、必要なバー材サイズはボルト頭部の最大寸法よりも大きく、切削代（材料の無駄）が膨大になる。鍛造のみによる製造は、必ずしも必要な公差および特徴を達成することができるとは限らない。１つの機械で鍛造し、その後に別の機械で機械加工することによる製造は、配置、インデックス付け、および工作物保持の困難さと共にかなりの追加コストをもたらし、必要な公差を達成する上での困難さを増大させる。既存の選択肢と比較して、そのようなボルトをforchineで製造することは、材料廃棄物の低減、取り扱いの低減、フロアスペース要件の低減、人件費の低減、公差の改善、および他の多くの利点を含む多くの利点を提供する。

【0718】

実用的に言えば、高強度チタン合金から六角頭ボルトを製造する場合、forchineを使用した総製造時間は開始から終了まで２５秒程度であり、市販のCNC旋削センタでオーバーサイズストックから旋削することによって同じ部品を製造するのに必要な時間の半分未満である。Forchineでこの部品を製造するのに必要な材料の量は、同様に、現在市販されている旋削センタで同じ部品を旋削するのに使用される量の半分未満である。部品が製造中に熱的および化学的に硬化されて強化されるため、さらなる利点が生じる。本明細書で開示されるシステムおよび方法を使用するこの部品の総製造コストは、現在既知である他の方法による製造コストの約５０％の範囲内である。

【0719】

１つの利点は、熱間成形の後に機械加工が迅速に連続して続くとき、加工中の降伏強度を低下させる高温でワークピースが機械加工され、その結果、ツール摩耗が減少し、部品表面特性が改善されることである。

【0720】

別の利点は、塑性変形を受けてダイに流入するワークピースの部分が有利な粒子流構造および粒子整列を有し、最終部品の材料特性を改善することである。

【0721】

別の利点は、鍛造または他の成形動作によって特定の特徴を完成またはほぼ完成させることができることである。したがって、機械加工動作は、他の方法で必要となるより少ない量の材料を除去することができる。これは、切り屑の量を減少させ、ツールの摩耗を減少させ、forchineがより長期間無人で動作することを可能にする。

【0722】

別の利点は、鍛造プロセスが加熱後数秒以内に行われ、油被覆または流体流入環境で実行され得るため、不活性ガス遮蔽または酸素の置換のための他の方法の必要性が低減または排除されることである。さらなる利点は、気化した加工流体が加熱中に酸素を置換し、その後の高温機械加工が不要なケーシングを除去することである。さらなる利点は、加熱コイルが、気化した加工流体をより良好に捕捉し、周囲雰囲気をより良好に置換するために、シーリングフランジの有無にかかわらずライナーを備えることができることである。多くのシナリオでは、不活性ガスを添加する必要は全くなく、他の製造アプローチと比較してコストが削減される。

【0723】

別の利点は、いくつかの部品では、加熱と急冷との間の時間が短すぎて、ワークピースの著しい酸化を可能にしないことである。

【0724】

別の利点は、Forchineでチタンを鍛造する際に、冷却剤がダイ内の残留材料と結合して、ワークピースが結合することなくダイの内外に自由にスライドすることを可能にする潤滑スラリーを生成することである。

【0725】

別の利点は、ワークピースを１つの機械から別の機械に移動させる必要がないため、空間的コヒーレンスが維持されることであり、これは再インデックス付けを必要とし、必然的に空間的コヒーレンスの損失をもたらし、精度の低下および公差を損なう部品をもたらす。鍛造および機械加工は、ワークピースを同じスピンドル軸上の同じワークホルダに保持しながら同じツールタレットを用いて行われるため、鍛造および機械加工動作は完全に同心かつ同軸であり、スピンドル軸に対するいかなる偏差も両方で同じである。

【0726】

別の利点は、ワークピースを機械ごとにある場所から別の場所に移動させる必要がないため、時間が大幅に節約されることである。別の利点は、ワークピースが１つの機械から取り外され、別の機械に設置され、インデックス付けされ、位置合わせされる必要がないため、第１の動作の直後の期間が第２の動作の実行に利用可能であることである。これは、第１の動作が第２の動作にとって望ましい状態でワークピースを残すが、望ましい状態が短い場合に特に有利である。第２の動作は、第１の動作から約６０秒以内、より好ましくは約３０秒以内、より好ましくは約２０秒以内、より好ましくは約１０秒以内、より好ましくは約５秒以内、より好ましくは約１秒以内、より好ましくは約０．１秒以内に行われると特に有利である。

【0727】

別の利点は、２次動作を実行するために他の機械が利用可能になるのを待っている間、製造領域に部分的に製造された部品を保管する必要がないことである。部品は、単一の機械内で自動的に実行される単一の接続された一連の動作で開始および終了され、部品は機械から出ると、パッケージングまたは品質保証のために別の領域に直接移動することができる。

【0728】

特に重要な利点は、単一のSCOFAST機械（forchine）における加熱、鍛造、機械加工、および処理の組み合わせが、別々の機械で独立した動作として実行される加熱、鍛造、機械加工、および処理によって達成できない結果をもたらすことである。好ましい実施形態では、チタン合金Ti－６Al－４Vから作製されたボルトの鍛造製造において、第１の（変換）動作は、チタン合金ワークピースをその再結晶温度を超えて加熱することであり、第２の（成形）動作は、再結晶温度付近でワークピースを熱間鍛造することである。第３の（変換）動作は、チタンワークピースを再結晶温度未満に急速に冷却しながら処理流体を連続的に適用することであり、第４の（除去）動作は、材料の降伏強度が著しく低下したままであるのに十分高い温度を維持しながらワークピースに特徴を機械加工することである。材料が冷えすぎると、鍛造領域が通常の機械加工には強靭になりすぎ、材料が急速に冷えるため、第４の（機械加工）動作を行うことができる時間窓は非常に短い。ワークピースのサイズおよび材料に応じて、効果的な機械加工のための有利な時間窓は、第２の動作において鍛造ダイを取り外してから最大約６０秒、より頻繁には最大約３０秒、より頻繁には最大約２０秒、より頻繁には最大約１０秒、より頻繁には最大約５秒、より頻繁には最大約１秒、時には最大約０．１秒とすることができる。

【0729】

この実施形態のForchineなどの単一のSCOFAST機械で４つの動作を迅速な順序で実行すると、その結果、靭性プロファイルが向上した完全に成形されたチタンボルトが得られる。しかしながら、同じ動作が別々の機械で別々に実行される場合、同じ結果を達成することは不可能である。例えば、最初の３つの動作が第１の機械で実行され、次いでワークピースが第１の機械から取り外され、わずか数フィート離れた第２の機械に搬送され、第２の機械で再インデックス付けされる場合、効果的な機械加工のための狭い時間窓が必然的に失われるため、機械加工の試みは失敗する。機械加工のための時間および熱窓が失われると、ワークピース温度は所望の機械加工温度をはるかに下回り、強化材料は過度のツールおよび部品の損傷なしには機械加工できない。Ti－６Al－４v合金の第２の加熱は過剰な酸素脆化を引き起こし、ねじ山崩れによる部品の故障につながるため、第４の（機械加工）動作を行うためにこのようなワークピースを２回目に再加熱することは不可能である。図４Ａおよび図４Ｂは、このような動作によって製造されたチタンボルトを示す。左の画像[A]は、Forchineで正しい温度で加熱、鍛造、処理、および機械加工の１サイクルで製造された高試験ボルトを示す。右の画像[B]は、ワークピースを二重加熱することによって生じた脆化およびねじ山崩れによる欠陥ボルトを示している。

【0730】

ワークピースが意図的に再加熱されていない場合でも、動作間の空間的位置決め誤差がわずか０．００５インチでもあると、遠位ボルトの偶発的な二重加熱につながり、部品の故障につながる可能性がある。空間的、時間的、および熱的コヒーレンスは、そのような部品の製造における重要な要素である。

【0731】

したがって、SCOFAST機械内で空間的にコヒーレントな方法で実行されるように２つの動作を組み合わせることにより、時間的および熱的コヒーレンスならびに空間的コヒーレンス自体が改善され、独立して実行される「同じ」動作と比較して新しい有用な結果を生成することは明らかである。空間的にコヒーレントな組み合わされた動作は、動作が独立して実行される場合に得られる結果とは異なり、それよりも明らかに優れた結果をもたらす。

【0732】

第１および第２の動作がSCOFAST機械に統合される場合、実行される統合された動作は、実際には統合なしで実行される独立した動作と同じではない。動作自体は、空間的にコヒーレントであり、完全な同軸度および同心度が可能であるため、異なる。それらはまた、厳密に制御されたシーケンスで、他の方法で可能であるよりもはるかに近い時間的連続で実行され得る時間的にコヒーレントな動作である。それらは、ワークピースおよび環境の時間的および空間的に変化する属性に対して最も有利な位置および時間に時空間的に位置決めすることができる動作である。

【0733】

さらなる利点は、この方法が、グレード５のチタンボルトなどの、製造が非常に困難である部品の容易な製造を可能にすることである。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８２９３０３２号明細書号は、グレード５のチタンボルトの経済的な製造を妨げる問題のリストを記載し、機械加工がより容易であり、したがってボルト製造により適していると主張される代替合金を開示している。グレード５のチタンボルトに関して列挙された問題のリストは、以下を含む。

【0734】

「チタン合金ボルトは、その製造に鋼ボルトよりも高い水準の技術を必要とする。[グレード５]Ti－６％Al－４％V合金は、アルファ安定化元素およびベータ安定化元素をチタンに添加することによって製造されるアルファ－ベータ合金である。アルファ－ベータ合金は、その高い変形抵抗および低い延伸性のために室温で加工することが困難である。そのため、アルファ－ベータ合金を高温で保持することで変形抵抗が低下し、伸びやすくなるため、高温で熱間鍛造することで鍛造によりアルファ－ベータ合金を成形することが行われている。

【0735】

しかし、高温での熱間鍛造品は、合金の熱膨張の影響を大きく受ける。その結果、鍛造品の寸法精度が好ましくないほど低くなる。このため、熱間鍛造品は、寸法精度の低さを補うために切削代を十分に厚く設計する必要があり、材料の無駄が避けられない。チタン材料の熱間鍛造は、その大きな酸化が高温で起こるため、その表面にスケールおよび酸化物層を形成する。スケールおよび酸化物層の除去の必要性は、ボルト製造のコストを増加させる」。

【0736】

高い寸法精度を有するグレード５のチタンボルトを手頃な価格で製造する方法およびシステムに対する長年のニーズがあることは明らかである。しかしながら、これまで、鍛造および他の特殊な設備に大きな設備投資をせずにそのような部品を製造することは不可能であった。多くの小さな製造会社は、そうしようと試みてきたが成功せず、大径ストックからの機械加工にほとんど常に頼らざるを得ず、その結果、プロセスが遅くなり、高価格で廃棄物を多く伴う。その結果、そのようなことを試みる可能性のある者にとっては成功の見込みが低くなっていた。

【0737】

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、高い切削代、鍛造、焼鈍炉、または特殊な切削およびねじ切り機械を必要とせずに、高い寸法精度および優れた性能特性を有するグレード５のチタンボルトの製造を可能にする。本明細書に記載のSCOFAST機械のForchine実施形態は、誘導加熱、ダイ鍛造、機械加工、およびスルースピンドルバーストックのねじ切りを含む全自動プロセスを実行して、単一の汎用機械で優れたボルトを製造し、すべての動作は同じスピンドル上の同じコレット内のワークピースに対して実行される。結果として生じる速度、廃棄物の削減、および人件費の削減の利点は、寸法精度が高く、優れた属性を有するグレード５のねじおよびボルトの製造を、短期間であっても、これまで可能であったコストよりも約５０％低いコストで行うことにつながる。このようにして製造されたボルトのいくつかの優れた属性を表Xに列挙する。

【0738】

靭性、硬度、破損時のトルク、破損位置、およびツール損傷に対する耐性の観察された改善は予想外であり、以前には不可能であった、以前にはアクセス不可能であった材料状態の間に特定の機械加工動作が実行されるように、先行するダイ鍛造動作に時間的に近接して厳しい公差の機械加工動作を実行するForchineの能力に主に起因する。forchineで製造されたボルトは、いくつかの領域において、予想外の実質的な利益を提供する変化した結晶構造を有することが明らかである。

【0739】

チタン部品の硬度および靭性が向上するという利点は、特に重要である。整備士なら誰でも、頭部またはソケットを剥ぎ取る、またはボルト頭部の平らな部分を丸める苦痛を知っている。係合面の形態が、フィリップヘッド、スロット、六角形、星形、または別の形態であるかどうかにかかわらず、耐摩耗性の改善が大いに望まれる属性である。ねじ係合の領域では、硬度の増加はかじりの傾向の減少に寄与し、これは非常に望ましい。ベアリング表面はまた、硬度および靭性の増加から利益を得ることができる。

【0740】

【表10】

【0741】

考察
本明細書に開示されるシステムおよび方法が以前に提案または試みられていない１つの理由は、そのようなことが可能であるという示唆またはヒントが文献になく、そのような組み合わせが望ましいかまたは望ましい結果をもたらすという示唆またはヒントがないことである。

【0742】

マシニングセンタの主スピンドルに取り付けられた工作物保持コレットに対して直接駆動される鍛造ダイを用いて、例えばチタンボルトの熱間鍛造を行おうとしても成功しないと予想される多くの具体的な理由がある。鍛造の熱がコレットおよびコレットクローザを損傷させ、金属部品の反りおよび結合ならびにエラストマー構成要素の破壊を引き起こすことが予想される。鍛造の熱がコレットのベアリングおよびスピンドル自体を損傷することが予想される。熱による反りは、機械の整列および精度を低下させると予想される。チタンなどの反応性の高い金属を加熱することは、特に水分に曝されると危険であると予想される。マシニングセンタのツール軸は、良好な鍛造に必要な力をもたらすことができないことが予想される。マシニングセンタのコレット、コレットチャック、スピンドル、およびベアリングは、良好な鍛造に必要な衝撃力または押圧力のいずれにも耐えることができないことが予想される。機械剛性およびフレーム強度は、関与する力を支持するには不十分であると想定される。鍛造ストロークは、機械の衝突の影響に非常に類似しているように思われるため、機械がエラー状態に強制され、整列から外されると想定される。マシニングセンタ内で鍛造を実現しようとする試みは、これらの期待と仮定がほぼ正しいため、裏付けとなるだろう。というのも、通常のマシニングセンタは、ここで挙げたすべての理由により、鍛造に必要な温度（最大１７００C）と力（最大１０，０００ポンド－力）を提供または耐えることができない。多くの現代のマシニングセンタでは、コレットは変形し、コレットシステムエラストマーは９００Cであっても熱間鍛造の最初の試みで破壊される。ほとんどの現代のマシニングセンタでは、１０００ポンドの力でもベアリングの損傷および機械の精度の低下を引き起こす。

【0743】

成功が期待されない別の理由は、所望の共通部品（例えば、チタンボルト）を製造するための通常の動作順序および動作幾何学的形状は、実際には同じ機械内に鍛造能力を追加することから利益を得ず、したがって改善が期待または得られないことである。通常の予想は、特徴がバー材の露出端に鍛造されることであるが、この手法では鍛造可能なマシニングセンタ内に完全な部品を得ることはできない。実際、ヘッドがこの従来の動作形状で鍛造される場合、完成したボルトを作製するために４つの別個の機械が必要とされる。forchine内でチタンボルトを首尾よく製造するために必要な動作の順序および動作上の幾何学的形状は普通ではなく、容易には考えられない。所望の部品は、最初にコレットからある程度の距離を隔ててバー材を加熱し、次いで、加熱された部分をコレット内に戻して、加熱された部分の画定された部分がコレットに入るようにし、次いで、クラウンをコレットに当接させてヘッドをアップセット鍛造し、シャフトを作業スペース内に突出させることによってのみ、バー供給forchine内で自動的に製造することができる。これにより、シャフトは、バー材が前方に移動され、クラウンが平坦に機械加工されるときにボルトが切断される前に、その後のサイズ加工およびねじ山転造のために露出したままになる。頭部鍛造動作は、突出シャフトを主スピンドル軸および機械加工ツールタレットの軸と高度に同軸にしなければならない。要求される精度はすべての動作にわたって維持されなければならない。同軸度の角度誤差が０．００１ラジアンでも、鍛造軸、機械加工軸、機械スピンドル軸の間の直線誤差が千分の数インチでもあれば、そのプロセスは部品製造に役立たなくなる。

【0744】

成功が期待できない別の理由は、方法が高温での加工に依存するためである。これは、部品の加熱はツール摩耗の増加につながるため、部品を機械加工の間は冷却しておくべきであるという一般的な教示に反する。実際、この方法は、鍛造直後の機械加工に由来する予期せぬツール摩耗の低減において予想外の利点を提供する。この期間中の部品材料の降伏強度の低下は、加熱によるツール摩耗の増加の傾向を相殺するよりも大きい。これは、本発明から離れた従来技術の教示にもかかわらず予期せぬ成功を示している。ツール摩耗の低減という形での成功は予想外であっただけでなく、機械加工される材料の加熱はツールの摩耗を減らすために避けるべきという従来技術の教示によって積極的に阻止された。

【0745】

最後に、鍛造産業は、機械加工産業とは完全に異なり、分離しており、マシニングセンタの専門家が鍛造の専門家になることはまれである。鍛造に使用される設備は、サイズおよびスケールが異なり、機械加工に使用される設備とは全く異なるように見える。機械加工者は、典型的には、鍛造設備は汚れており、危険であり、スペース要件の点で高価であると考えるが、鍛造作業者は、機械加工設備は扱いにくく、壊れやすいと考える。

【0746】

さらなる例示的な実施形態
チタン合金からのフランジ付きねじフックの鍛造、機械加工、および曲げ加工
一実施形態では、SCOFAST機械は、図９Ａに示すものと同様の幾何学的形状および要素を有し、機械のZ軸に沿って互いに対向する１次工作物保持スピンドルおよび２次工作物保持スピンドルを備え、２つの工作物保持スピンドルの間の作業領域の両側にツールが位置決めされている。この実施形態はまた、図７Ｄに示すものと同様に、ツールチェンジャーとして機能するように構成されたツール供給システムおよびロボットアームを含む。機械内の活動ツールのうちの１つは、熱間曲げツール[１７]であり、その一般的な動作が図８Ａおよび図８Ｂに示されている。製造される部品は、図１６に示すように、ねじ付きシャフトと、ねじ山の直上のシャンク上のフランジと、フックの先端に形成された平坦なチゼルとを有するフックである。

【0747】

通常の設備およびワークフローを使用してチタン合金Ti－６Al－４Vからそのような部品を製造することは、複数の機械で部分的に完成したワークピースを繰り返し正確に位置決めする必要があるため、労働集約的であり、したがって高価である。そのような部品は、別々に鍛造され、機械加工され、曲げられることがあるが、非常に多くの場合、最終部品の最大仕上げ寸法よりも大きいバー材から機械加工され、その後曲げ治具上で成形するために曲げられる。

【0748】

チタンは、室温で曲がりにくいことで知られている。ワークピースを曲げ加工するために必要なトルクは、曲げ応力が所望の歪み速度および所望の温度における材料の降伏強度に等しくなるトルクである。材料の円筒断面（Uボルトを作製するために使用されるバー材など）の曲げモーメントは、M＝（S＊I）／Yで与えられ、ここで、Sは降伏応力、Yは中立軸から曲げ負荷が加えられる点までの距離、Iは曲げられるワークピースの第２の回転慣性モーメントである。円筒の場合、Iは（Pi＊r^４）／４として計算され、Yは円筒の断面半径のみである。

【0749】

材料の降伏強度は高温で低下するため、曲げる前にチタンを加熱することが有利であり得る。歪み速度１／秒および温度７５０Cで熱間曲げ１０mmチタンバー材を必要とする部品設計の場合、図１７は、Ti－６Al－４Vが２７０MPaの降伏応力を有することを示す。したがって、必要なトルクは、２７０＊（３．１４＊５^２／４）／５＝２６ニュートンメートルである。１００ニュートンメートルの停動トルクを有する能動ツールは日常的に市販されているので、最も困難な材料の熱間曲げ加工に必要な力の範囲のトルクをSCOFAST機械内で提供できることは、関連技術の通常の知識を持つ者には明らかであろう。

【0750】

図１６に示されているような、ねじ付きシャフトとねじ山の上方のフランジ付きベースとを有するチゼルノーズフックは、単一の空間コヒーレント機械において鍛造、機械加工、および曲げ加工動作を実行するために、この実施形態に記載されているSCOFAST機械を使用して容易に製造される。この例で使用される特定のツールは、参照される図には示されていない場合がある。冷却、潤滑、および加工流体による処理は、有利であり得るような他の補助的な動作と共に、必要に応じて使用することができる。与えられた番号は、図９Ａに示す例示的な機械要素への参照である。

【0751】

１．バー材[３４]を左主スピンドル[３２]から加熱のためのインデックス位置に位置決めする。

【0752】

２．任意の好都合なツールポジショナに取り付けられた誘導コイル[１６]を使用して、フランジを鍛造するために使用される領域内のバーを加熱する。

【0753】

３．バーを左の主スピンドルコレットに戻して、フランジを鍛造するためのインデックス位置に移動させる。

【0754】

４．２つの対向するツールポジショナを使用して、３部分割ダイの２つの後半分（図示せず）を側面から入れて、それがコレットを出る点でバー材を取り囲んで締め付ける。

【0755】

５．右主スピンドル[３６]に保持されたフロントダイ[３８]をワークピースに向かってZ軸上で前方に移動させ、ワークピースがダイに入りダイ内で底を打つようにする。加熱された金属を流動させてダイを充填するのに十分な力を加え、フランジを形成する（アップセット鍛造）。

【0756】

６．右主スピンドルおよびフロントダイをワークピースから離す。

【0757】

７．リアダイの２つの半分をワークピースから離す。

【0758】

８．ロボットツール交換アームを使用して、右側の主スピンドルコレットからフロントダイを取り外す。

【0759】

９．任意の好都合なツールポジショナを使用して、ねじ山転造前の直径と、シャフトおよびフランジ上に所望される任意の追加の特徴を機械加工する。

【0760】

１０．任意の好都合なツールポジショナを使用して、シャフト上のねじ山を回転させる。

【0761】

１１．右メインスピンドルコレットでワークピースを取り上げ、任意の好都合なツールポジショナに取り付けられた切断ツールを使用してワークピースをバー材から切断する。ここで、フックを形成する部分がコレットから左方に突出した状態で、ワークピースが右主スピンドルにクランプされる。ワークピースは、各動作について任意の所望の向きに回転させることができる。

【0762】

１２．任意の好都合なツールポジショナに取り付けられた誘導コイルを使用して、フックチゼル先端部に鍛造される領域を加熱する。

【0763】

１３．任意の好都合なツールポジショナに取り付けられた成形ツール[５５]のダイを使用して、プレートチゼル形状をフックの先端にピンチ鍛造する。

【0764】

１４．任意の好都合なツールポジショナに取り付けられた活動ツールを使用して、ピンチミリングおよび他のミリング技術を使用して、チゼル先端を任意の所望の最終形状にミリングする。

【0765】

１５．任意の好都合なツールホルダに取り付けられた誘導コイルを使用して、フックの湾曲部分に形成される領域を加熱する。

【0766】

１６．任意の好都合なツールホルダに取り付けられた曲げツール[１７]を使用して、外側曲線を曲げる。

【0767】

１７．任意の好都合なツールホルダに取り付けられた曲げツールを使用して、内側曲線を曲げる。

【0768】

１８．完成した部品を、ロボットアームで取り上げるか、または必要に応じて部品収集トレイで捕捉するかのいずれかで排出する。

【0769】

直接エネルギー堆積、圧縮、および機械加工
一実施形態では、SCOFAST機械で実行される動作は、付加動作（直接エネルギー堆積）と、それに続く成形（高温圧縮）および機械加工（ミリング加工）とを含む。

【0770】

以下の例では、ワークピース材料はチタン合金であるが、当業者は、直接エネルギー堆積によって堆積することができる任意の材料がチタン合金の代わりに使用され得ることを認識するであろう。

【0771】

機械は、X、YおよびZ軸上で移動することができるベッドを有する。チタン合金のベースプレートがベッドに取り付けられる。レーザDED機構は、機械のベッドがCNC制御によって移動されて所望の形状の部分的に形成されたワークピースを構築するにつれて、選択されたガスがワークスペースに溢れるか充填されるか、または蒸着される材料を酸化性雰囲気から遮蔽するために選択され得る他の方法で導入されることにより、プレート上に追加のチタン合金を堆積させる。

【0772】

付加動作が完了すると、成形動作が開始される。ベッドは、加熱コイルと、ダイを有する成形プレスヘッドとを含むツールタレットが、部分的に形成されたワークピースの真上に位置決めされる位置までスライドする。タレットは、誘導コイルがワークピースの周りまたはワークピースに隣接して位置決めされるまで延在し、ワークピースは所望の温度に加熱される。誘導コイルが引き込まれ、ワークピースの所望の形状のダイが部分的に形成されたワークピースの上に運ばれ、ワークピースのニアネットシェイプへの圧縮および塑性変形を引き起こすのに十分な力でベースプレートに押し付けられる。

【0773】

成形動作が完了すると、機械加工動作が開始される。ベッドは、エンドミルなどの機械加工ツールを駆動する少なくとも１つのスピンドルを含むツールタレットによってワークピースがアドレス指定され得る位置までスライドする。機械ベッドおよび／またはエンドミルは、CNC制御下で移動されて、所望の特徴（精密な孔または滑らかな表面など）をワークピースに機械加工する。

【0774】

ミリング動作が完了すると、ベッドは、鋸がワークピースに対処することができる位置までスライドし、ベッドに取り付けられたチタンプレートからワークピースを取り外す。ロボットピッカーまたは部品キャッチャが完成品を収集する。

【0775】

チタンベースプレートは、DED機構の下に戻され、プロセスは必要に応じて繰り返される。

【0776】

多くの有利な変形形態は、当業者には直ちに明らかになるであろう。この例に記載されている各特定の要素は、開示されたシステムおよび方法の意味の範囲内に留まりながら変形することができる。ワークピースは、様々なツールが定位置にもたらされる間、固定位置に保持されてもよい。材料は、直接エネルギー堆積以外の付加動作によってワークピースを構築するために付加されてもよい。ワークピースは、ベースプレートに垂直な軸に沿っていない方向に形成されてもよい。ワークピースの除去は、鋸ではなくレーザカッターによって行うことができる。ベースプレートをスピンドルに固定することができ、機械加工および切断の両方を旋削動作として実行することができる。考えられる有利な代替構成の数は非常に多い。

【0777】

射出成形、機械加工、検査、プレス打ち抜き
別の実施形態では、第１の動作は射出成形であり、第２の動作は機械加工であり、第３の動作は検査であり、第４の動作はプレス打ち抜きである。

【0778】

純粋に射出成形による部品の製造における制限要因は、射出材料が固化した後に部品を金型から取り外す必要があることである。各金型は、金型内の抜き勾配が金型からの製品の除去を容易にするように設計されなければならない。これは、そのように製造される部品に厳しい設計上の制約を課す。例えば、平行な特徴は、抜き勾配要件によって除外される。他の金型設計の問題もある。例えば、製品内部の直線状の孔または製品内部の逆角度は、通常の射出成形によって形成することができない。

【0779】

この実施形態では、SCOFAST機械は、ワークピースを回転させ、それを任意の位置にしっかりと保持することができる工作物保持スピンドルを含む。工作物保持スピンドルはまた、旋削動作に最適化された速度でワークピースを回転させることができる。機械はまた、X、Y、Z、A、およびB軸のいくつかの組み合わせ、好ましくはそれらのすべてにおいて移動および回転され得るように取り付けられた少なくとも１つのツールタレットを含む。

【0780】

射出成形金型は、金型の一方の半分がスピンドルの面に固定されるように工作物保持スピンドル内に取り付けられ、一方で、金型の他方の半分は、金型を開閉するために上下および／または前後にスライドする機構に取り付けられる。必要に応じて、注入後に材料を冷却するために、冷媒または水が金型を通って流れてもよい。金型は、金型が開いたときにワークピースを金型のスピンドルの半分に残すように設計される。イジェクタピンは、金型のスピンドルの半分に組み込まれ、完成品が金型から排出される準備ができたときに展開される。

【0781】

金型を閉じた状態で製造を開始する。スピンドルが静止した状態で、インジェクタ内の材料はインジェクタの周りの加熱バンドによって加熱され、材料はインジェクタスクリューによって圧縮される。高温材料は、加圧下で金型内に流入する。冷却剤が金型を通って流れ、材料を凝固させる。材料が凝固したとき、開放機構は、金型の上半分を引き離し、スピンドルに固定された金型の下半分に依然としてワークピースを露出させる。

【0782】

所望の機械加工動作に応じて、スピンドルは、CNC制御下でツールタレット上のミリングヘッドによって実行される機械加工動作のために停止する前に、ワークピースを任意の方向に回転させることができる。工作物保持スピンドルはまた、ワークピースを高速で回転させることができ、切削ツール、研削ビットまたはサンディングヘッドを用いて機械加工を行うことができる。

【0783】

機械加工動作が完了すると、自動化された検査動作が開始される。１次ツールタレットまたは２次ヘッドのいずれかは、カメラおよびレーザ測定ツールを部品に当接させるように移動する。部品をゆっくりと回転させ、すべての所望の画像および測定値がキャプチャされるまで、必要に応じて検査ヘッドの位置および向きを変更する。測定、位置合わせ、および画像は、SCOFAST機械の空間的にコヒーレントなゼロ点を参照することができ、正確な位置合わせを可能にし、画像処理およびパターン認識を容易にする。コンピュータプログラムは、画像および測定値を分析し、それらを所望の仕様および公差と比較する。

【0784】

部品が自動検査に合格する場合、１次ツールタレットまたは２次ヘッドのいずれかが、押圧ヘッドをワークピースに当接させるように配置される。押圧ヘッドは、ワークピースに向かって前進し、必要な識別マークを所望の位置でワークピースに刻印するのに十分な速度および圧力でワークピースと接触する。

【0785】

部品が自動検査に合格しない場合、代替マークをワークピースに打ち抜くことができる。このようにして、仕様および満たされた公差に応じたグレードで部品を打ち抜くことが可能である。

【0786】

すべての動作が完了すると、金型内のイジェクタピンは、完成した製品を金型から押し出し、そこで部品キャッチャによって回収される。金型が閉じ、プロセスが繰り返される。

【0787】

当業者は、射出成形可能な任意の材料が与えられた例で置換されてもよく、多くのプロセス変動が可能であることを認識するであろう。金型の半分をスピンドルに取り付ける代わりに、金型をX、YおよびZ軸に移動するベッドに取り付けることができる。そのような変形例では、ベッドは、インジェクタに接続された金型の第２の半分の下を摺動する。金型およびそのインジェクタは、上からベッドに向かって下降して金型を閉じる。射出および冷却の後、ベッド上の金型内のインジェクタおよびその金型リフトの半分およびワークピースは、機械加工および検査のためにツールヘッドの下側に移動される。さらなる横方向運動は、ワークピースをプレスおよび打ち抜きのための位置に移動させる。すべての動作が完了すると、ワークピースベッドは回収位置に移動し、金型内のエジェクタピンは、部品キャッチャによる回収のためにワークピースを排出する。

【0788】

押出、機械加工、パンチング、およびフレア加工
一実施形態では、SCOFAST機械は、連続押出、プレスパンチング、プレスフレア加工、および機械加工を含む。与えられた例は、アルミニウム押出およびパンチング、フレア加工、および機械加工であるが、当業者には、任意の押出可能な材料および任意のSCOFAST機械動作が代替され得ることが明らかであろう。

【0789】

連続押出の１つの特徴は、押出されたワークピースがダイから出るとき、それが特定の速度および方向で連続的に移動することである。これは、ツールが押出材料との相互作用中に同じ速度および方向で移動していることを必要とする。

【0790】

上向きのUチャネルの形態のアルミニウム押出は、華氏約１０００度の範囲の温度でダイを出て、一定の速度で前進する。押出は、CNC制御下で機械加工ツールヘッドの下を通過し、スカラップ状切抜きのパターンが押出の上縁からミリング加工される。押出成形の上方に配置された別のツールヘッドは、パンチングおよびフレア加工のためのツールを備えた成形プレスを備える。このプレスは、押出と同じ速度および同じ方向に移動し、一方、整合ダイは押出の下で同期して移動する。Uチャネル押出の底部が最初に打ち抜かれ、次いでフレア加工されるとき、一対の成形動作が行われる。成形動作が完了すると、プレスツールおよびダイは押出ダイに向かって戻り、押出の別のセグメントで成形工程を繰り返す。材料の降伏強度は高温で低下し、エネルギーおよびツール摩耗を大幅に低減しながら機械加工および成形動作の両方を実行することが可能になる。

【0791】

SCOFAST機械内で押出、成形、および機械加工動作を一緒に実行する能力は、生産時間、機械床面積、エネルギー消費、ツール摩耗、および労力を節約し、結果として公差の改善と共に生産コストを低減する。熱間成形および熱間機械加工は、冷間成形および機械加工ほどの力を必要としないので、設備コストも低減され得る。

【0792】

押出ではなく熱間圧延または冷間圧延された、Uチャネルではなくシート形態の鋼ワークピース、上述と同じ方法で適用される任意の数の切断、穿孔、ミリング加工、パンチング、ディンプル加工、溝加工、および／または他の機械加工および成形動作など任意の数の変形を伴う同様の実施形態が存在することは、当業者には明らかであろう。表面処理および／または他の変換動作は、追加の動作として等しく追加することができる。

【0793】

圧延、パンチング、機械加工
別の実施形態では、鋼板がSCOFAST機械でロール成形され、パンチングされ、機械加工される。この実施形態では、圧延鋼プレートが例として使用されるが、圧延に適した任意の材料で代替されてもよい。

【0794】

圧延（熱間または冷間圧延にかかわらず）の製造方法の間、圧延された材料は、最終ロールセットを出るときに所定の厚さおよび高温にある。また、ロールと同期した規定の速度で移動している。高温は、材料の降伏強度を低下させ、機械加工、パンチング、および他の動作に必要な力を減少させる。

【0795】

材料がロールを出るとき、材料は、溝、面取り部、丸めなどの特徴をシートにミリングする１つまたは複数の機械加工ヘッドの下を通過し、次いで、プレートの幅にまたがる、一方はプレートの下、他方はプレートの上である２つのドラムの間を通過する。一方のドラムは雌ダイを保持し、他方のドラムは対応する雄パンチを保持する。両方のドラムは、ダイおよびパンチが圧延材料のシートと接触したときに整列したままであるように、シート材料と同じ線速度で回転し、様々な形状の窪みおよび孔が一定の間隔でプレートに打ち抜かれる。ドラムは、パンチおよびダイが互いに円滑にかつ適切な公差で出入りして清浄なパンチングを容易にすることができるようなサイズである。オイルは、ドラム上に噴射されて、パンチおよびダイを潤滑および冷却状態に保つ。成形された鋼板は、まだ熱いドラムを出て、最終製品の一部であるミリングされ、パンチされ、プレスされた特徴を有する。

【0796】

高圧ダイキャストおよび機械加工
別の実施形態では、SCOFAST機械で実行される動作は、高圧ダイキャストおよび機械加工を含む。エンジンクランクケースは、高圧ダイキャストによって製造され得る多くの部品のうちの１つである。現在の実施の下では、ダイキャストクランクケースは、常にその金型から取り外され、横方向パンチング、精密正面機械加工、ならびに穿孔およびタッピングなどのさらなる動作のために他の機械に移送されている。そのような動作がSCOFAST機械内で有利に実行される例が与えられる。

【0797】

この例では、製造される物体はチェーンソーのマグネシウムクランクケースであるが、所望の部品の出発点としてダイキャストされるのに適した任意の材料で代用することができる。従来のダイキャストの場合と同様に、金型は、互いに嵌合する２つの半分から構成される。金型の半分は、液体マグネシウムを圧力下で金型内に入れる機構に取り付けられる。金型のこの半分はまた、完成したクランクケースを金型から押し出す排出ピンを有する。金型の他方の半分は、鋳造中に金型を開閉する移動機構上にある。金型は、金型が開かれたときにワークピースが金型のこの半分から解放されるように設計される。

【0798】

金型の両方の半分を閉じて加熱すると、液体マグネシウムが加圧下で金型に入り、金型のキャビティを完全に充填する。次いで、冷却剤が金型内の通路を通って流れ、マグネシウムの凝固を促進する。マグネシウムが凝固すると、金型の可動半分を引き込むことによって金型が開き、新たに鋳造されたワークピースおよび精密に機械加工する必要がある面が露出する。

【0799】

CNC制御されたツールスピンドル上の対面するミルカッターが所定位置に移動され、面取りミリング動作がワークピースに面するように実行される。面取りミリング動作が完了すると、ツールスピンドルが後退し、金型内のイジェクタピンが完成したチェーンソークランクケースを解放し、部品キャッチャによって回収される。

【0800】

CNC真空ヘッドは、任意の粉砕されたチップを除去するために接近し、ダイ潤滑剤が金型内に吹き込まれ、これは、別のダイキャストサイクルを見越して予熱のために閉じる。

【0801】

空間的コヒーレンスの維持は、各クランクケースを別のミリング盤上の治具内でインデックス付けする必要性を排除するので、SCOFAST機械におけるダイキャストおよび面取りミリング加工の実行は、チェーンソークランクケースおよび同様の部品の製造コストを大幅に削減できることが当業者には直ちに明らかになるであろう。さらに、工場の床面積の削減、機械と機械オペレータの数の削減、１つの機械から別の機械へのワークピースの移動に必要な空間、時間、労働力の削減も節約につながる。

【0802】

当業者には明らかなように、この例のすべての特定は、本明細書に開示されるシステムおよび方法において可能な多くの変形形態を受け入れることができる。材料はマグネシウムである必要はなく、ニアネット部品は高圧ダイキャストによって製造される必要はなく、機械加工動作は面取りミリング加工である必要はなく、追加のSCOFAST動作が必要に応じて実行されてもよい。

【0803】

スピン溶接および機械加工
別の実施形態では、SCOFAST機械で実行される主な動作は、スピン溶接（摩擦溶接）およびターン加工を含む。この実施形態では、SCOFAST機械は、チャックまたはコレットなどの工作物保持要素を有する主スピンドルと、部分的に開いた誘導加熱要素と、主スピンドルと同軸であり、主スピンドルを軸方向に移動させることを可能にする運動制御を有する第２の主スピンドルに取り付けられた第２の工作物保持要素と、主スピンドルまたは第２のスピンドルワークホルダのいずれかに保持されたワークピースとツールが当接することを可能にする多軸ツールホルダとを備える。主スピンドルには高速ブレーキが取り付けられている。クラッチは、２次スピンドルに取り付けられ、クラッチが係合すると２次ワークホルダが２次スピンドルにロックされ、クラッチが解放されると自由に回転するように構成される。２つのワークピースが２つのワークホルダ内に固定され、各々のワークピースは、２つの面がスピンドルに直交するように、ツールタレット内のツールによって向かい合わされる。加熱要素は、任意選択的に、ワークピースの一方または両方を予熱するために展開される。これは、２つのワークピースが異なる材料または異なるサイズである場合に特に有用である。主スピンドルは、ワークピース材料およびサイズに依存する所望の速度にされる。クラッチが係合され、２つのワークピースの機械加工面が接触し、それらがワークピース材料およびサイズに応じた所望の圧力で互いに押し付けられるまで、２次スピンドルが前方に移動する。主スピンドルワークピースが自転すると、２つのワークピース間の摩擦によってそれらが加熱される。それらが正しい温度に到達し、所望の量のワークピース材料が流れた（溶接が発生した）とき、第２のスピンドルクラッチが解放され、主スピンドルブレーキが係合され、２つのワークピースがそれらの間でそれ以上の相対回転をすることなく一緒に押圧されたままであることが可能になる。接合されたワークピースは、任意選択的に加工流体に流入され、溶接された接合部から余分な材料を機械加工して取り除き、接合されたワークピースの任意の部分に任意の所望のフィーチャを機械加工するために、機械加工ツールが前進される。動作は空間的にコヒーレントな方法で実行されるため、機械加工された特徴は、統一されたワークピースとの同軸性を保持する。

【0804】

食品製造
一実施形態では、SCOFAST機械は、食品産業で使用するように構成される。例えば、これを使用して、以下の工程で、バットで成長させたミートペーストおよび人工骨基材を使用して、ハム様製品「nuHam」を製造することができる。

【0805】

１．骨材料のバーをコレットを通して前進させ、サイズに合わせる（「骨」）。

【0806】

２．骨の端部は、保持機構として機能するように広がっている。

【0807】

３．接着促進材料が骨表面に塗布される。

【0808】

４．バット成長させた肉のペーストが、押出ヘッドを使用して回転する骨の周りに堆積される。

【0809】

５．プレス型および熱エネルギーを使用して、バット成長肉を最終的なハム形状にプレス成形する。

【0810】

６．プレス加工品は機械加工される。

【0811】

７．色、質感、および一貫性のために表面処理が施される。

【0812】

８．「ハニーグレーズ」などのコーティングが加えられる。

【0813】

９．nuHamは完成状態にトリミングされる。

【0814】

１０．熱処理を施す。

【0815】

１１．nuHamをカッターでスライスしてスパイラルスライスを作製する。

【0816】

１２．支持マンドレルが骨の内側に配置され、切断ツールが完成品を切断する。

【0817】

他の実施形態
他の多くの実施形態が可能である。

【0818】

一実施形態では、SCOFAST機械は、鍛造を含む第１の動作および穿孔を含む第２の動作を実行するように構成される。例えば、各端部に平坦なセグメントを鍛造し、各平坦なセグメントの正確な位置および向きに孔を穿孔することによって、ある長さの丸バー材から支持ストラットを製造する。

【0819】

一実施形態では、機械加工要素、誘導加熱要素、および流体送達要素を備えるSCOFAST機械は、ワークピースを機械加工することからなる第１の動作と、制御された誘導加熱およびその後の急冷の有無によらない冷却によってワークピースを表面硬化させることからなる第２の動作とを実行するように構成される。

【0820】

一実施形態では、SCOFAST機械は、スイススクリュー機械の幾何学的形状および機械加工機能と組み合わされた成形要素を備え、ワークピースは、主スピンドルコレットおよびガイドブッシングの両方を通過する長いバーである。コレットはガイドブッシングの後ろに位置し、ツールはガイドブッシングの前に位置する。部品に沿って長手方向に切断するために、ツールは所望の切断深さまで半径方向内側に移動し、材料自体は主スピンドル軸に沿って前後に移動する。これにより、撓みが最小限に抑えられたガイドブッシングに近いワークピースに対して作業を行うことができ、細長いまたは剛性の低いワークピースに作業するのに理想的な設計となる。この幾何学的形状の利点は、鍛造がコレットに対して直接ではなくガイドブッシュに対して行われ得ることであり、異なるガイドブッシュは、鍛造ダイの成形された後面として機能しながら、高温および（コレットおよびスピンドルからそれらを隔離する）高い押圧力に耐えて管理する異なるプロファイルを有するように容易にカスタマイズされ得る。

【0821】

実現された一実施形態では、forchine形などのSCOFAST機械は、図２１に示すものと同様の幾何学的形状を有し、能動的なツールタレットは、能動および受動的な機械加工ツールの両方、ならびに主スピンドル軸に沿って向けられた成形力の供給源を提供する。１次スピンドルコレットまたはブッシングもしくは鍛造プレートは、鍛造アンビルとして、または鍛造ダイの後面として機能する。この設計は、最新の形態およびフレームで少なくとも１．５トンの成形力および鍛造力を送達し、耐えることができる。

【0822】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃに示すものと同様の幾何学的形状を有する。

【0823】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図１０に示すものと同様の幾何学的形状を有する。

【0824】

一実施形態では、SCOFAST機械は、２つ以上のキャリッジが主工作物保持スピンドルと共線的に動作することができるように、横に移動することができる中間フレームキャリッジを提供する幾何学的形状を有する。このような構成の利点は明らかであり、力を加えるために１つのキャリッジおよびタレットを利用し、すべてが同じ軸で動作する複数の能動および受動機械加工ツールの位置決めおよび動作のために別のキャリッジおよびタレットを利用する能力を含む。この手法は、任意の数のキャリッジに一般化することができる。

【0825】

一実施形態では、SCOFAST機械は、別の方法では困難な機械加工動作を容易にするのに十分に材料の降伏強度を低下させるために、ワークピース（またはその一部）に熱エネルギーを周期的に伝達する誘導加熱システムを有する旋削加工、機械加工、または旋削加工マシニングセンタを備える。

【0826】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図１１に示すものと同様の方法で構成される。溶融材料は、少なくとも１つの可動部品[６]を含むダイ要素で構成されたダイキャビティを部分的に充填するために、フィーダチューブ[１]を通して注入される。鋳造ラム[４]は、凝固が起こる間に供給チューブおよびダイを閉鎖するために前進する。プレス要素[８]が前進してダイを閉じ、高温の凝固した材料を鍛造し、それを塑性変形させ、流れさせてダイキャビティを充填する。プレス要素は、ダイ本体[６]を後退させ、鋳造および鍛造されたワークピースを露出させる。有利な場合、ダイ本体は、ツールチェンジャー（図示せず）によって取り外され、ワークピースをしっかりと把持する工作物保持コレットに交換される。能動および／または受動ツール[７、９]を保持するツールヘッドは、機械加工動作を実行するために前進する。他の実施形態で説明したように、追加の動作が実行される。

【0827】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図１２に示すものと同様の方法で構成される。押し出される材料のビレットがダイ[２]に供給され、押出力が加えられ、材料をダイのスロートで塑性変形させ、コレット[４]を通して押し出してワークピース[５]を形成する。コレットは押出を確実にクランプする。誘導コイル（図示せず）は、ワークピースを加熱するために使用され、ワークピースは、他の箇所に記載されているように加熱され、鍛造され、機械加工される。

【0828】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図１３に示すものと同様の方法で構成される。ワークピース[５]はコレット[４]内に配置され、クランプリング[２]と成形ダイ[６]との間にクランプされる。成形パンチがワークピースの片側に押し付けられ、成形ダイが油圧プレス[１０]によってクランプリングにしっかりと押し付けられている間に、油圧プレス[８]によって力が加えられる。ワークピース材料が成形ダイ内に完全に変形されると、ダイが除去され、他の箇所で説明したように機械加工動作が実行される。

【0829】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、他の機械の動作を通じて、および／または化学作用および材料に対する自然の力の作用を含むプロセスを通じて機能を実行し効果を生み出す構成要素を含む。

【0830】

一実施形態では、誘導加熱器と鍛造ヘッドとを備えるForchineは、直径０．５インチ、長さ０．７５インチのグレード５チタンの円筒形ビレットに対して加熱および鍛造動作を実行することができ、誘導加熱器はビレットの温度を約９００Cに上昇させ、鍛造ヘッドはビレットを最終長さ約０．５インチに据え込むのに十分な力を加える。

【0831】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、直接または間接的に接続されているかどうか、およびそのような制御、調整、または動作専用であるかどうかにかかわらず、そのような機械を制御、調整、または動作させるために使用または必要とされるすべての装置を、SCOFAST機械の動作に必要な、またはSCOFAST機械と併せて使用される任意の治具、ダイ、ツール、および他の装置と一緒に含む。他の実施形態では、記載されている要素のいくつかはSCOFAST機械の一部を形成し、他の要素はSCOFAST機械自体と通信または相互作用する外部要素である。

【0832】

いくつかの実施形態では、完全に新しい製造機械が、開示されたシステムおよび方法に従って設計および構築される。他の実施形態では、システムおよび方法は、既存の機械加工、付加製造、または成形センタに後付けされる。開示されたシステムおよび方法を利用するために、実質的に任意のマシニングセンタを容易に変更することができることは、当業者には明らかであろう。

【0833】

一実施形態では、成形および他のSCOFAST動作は、ユニバーサル多軸マシニングセンタに統合される。現在市販されている一例は、９軸マシニングセンタのDoosan SMXシリーズであり、ここでは単に多軸マシニングセンタの属の単一の例として命名されている。

【0834】

いくつかの実施形態では、ワークピースは、地球に対して固定された位置に留まるワークホルダによって固定されるが、他の実施形態では、空間コヒーレント機械内で決定論的な並進および／または回転（すなわち、ロボット工学、メカニカルコンピュータグラフィックス、および他の場所で一般的に使用されるような均質変換行列によって定義され得る変換）の何らかの組み合わせを受けるワークホルダに保持されてもよい。

【0835】

様々な実施形態では、成形および機械加工に使用される力は、任意の供給源および現在既知であるまたは将来開発され得る任意のタイプの供給源から導出され得る。一実施形態では、成形力または機械加工力は油圧シリンダから導出される。別の実施形態では、力は空気圧シリンダから導出される。別の実施形態では、力はリニアアクチュエータから導出される。別の実施形態では、力はサーボ駆動装置から導出される。別の実施形態では、力は、電磁引力または電磁反発力から導出される。一実施形態では、力は、同じまたは異なるタイプの２つ以上の源の組み合わせから導出され、力は単一の方向または複数の方向に送達され、各源は部分的または完全に作動するように構成され、すべての源は、一緒にまたは順次にまたは任意の所望の順序で作動するように構成される。

【0836】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、機械オペレータによって手動で制御される。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、カム、爪、スイッチ、およびセンサなどの要素を備える機械的制御システムによって制御される。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、SCOFAST機械の一部を形成してもよく、または機械自体の外部にある専用または汎用コンピュータであってもよいコンピュータによって制御される。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、自動化機械で一般的に使用されるようなコンピュータ数値制御（CNC）システムを含む。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、G－Codeまたは別の機械制御コードを実行する。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、独自のものであってもよく、公開された規格に準拠してもよく、オープンソースであってもよい制御言語によって制御される。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、多数の方法によって制御される。いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の動作は、本明細書に記載されていない既存の方法によって、または将来開発され得る方法によって制御されてもよい。

【0837】

一実施形態では、ワークピースのインデックス位置決めは手動で行われる。別の実施形態では、インデックス位置決めはロボットアームによって実行される。別の実施形態では、インデックス位置決めは、スピンドルまたはサブスピンドル、スライドコレット、ツール保持タレット内のインデックス付けツール、または専用のインデックス付け機械要素によって実行される。

【0838】

一実施形態では、ワークピースは、露出面を形成して機械加工するために一連のSCOFAST動作が実行されている間に第１のワークホルダに固定され、その後、ワークピースは、第２のワークホルダによって固定され、第１のワークホルダから解放され、その後、ワークピースの以前に不明瞭にされた側面に対してさらなる成形および／または機械加工動作が実行されてもよい。

【0839】

一実施形態では、SCOFAST機械は、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄに示すような１つまたは複数の単軸または多軸ロボットアームを含み、各ロボットアームは、SCOFAST機械内で実行される動作の一部としていくつかの有利な機能を実行するように構成される。一例では、ロボットアームは、末端要素として誘導加熱コイルを有し、誘導加熱コイルを加熱のための所望の位置に位置決めし、加熱が完了したときにそれを取り外すように構成されてもよい。別の例では、SCOFAST機械内のロボットアームは、スプレー溶接機を末端要素として有し、スプレー溶接機を使用して付加動作を実行して材料の層をワークピース上に堆積させるように構成されてもよい。

【0840】

一実施形態では、SCOFAST機械は、機械、ワークピース、および／または機械内で実行されている、実行される、または以前に実行された動作の観察を可能にする仮想現実(VR：virtual reality)ディスプレイ、拡張現実(AR：augmented reality)ディスプレイ、および／またはヘッドアップディスプレイ(HUD：heads up display)を備え、そのようなディスプレイは、機械、ワークピース、ツール、および／または他の対象の情報の状態に関する情報をさらに表示することができる。

【0841】

一実施形態では、SCOFAST機械は、関連技術の当業者に既知であるようなVRモデリング技術、および将来発見または発明され得る追加の技術を使用して、現在の、計画された（将来の）、または以前に完了した（過去の）動作を表示するように構成された仮想現実（VR）ディスプレイを備える。

【0842】

一実施形態では、VR、AR、またはHUDディスプレイは、SCOFAST機械内のセットアップ、SCOFAST機械内の動作または一連の動作、SCOFAST機械のメンテナンス、SCOFAST機械の構成、SCOFAST機械のプログラミング、またはSCOFAST機械との任意の他の対話を行うオペレータに支援を提供するように構成される。

【0843】

一実施形態では、SCOFAST機械は多軸マシニングセンタであり、工作物保持スピンドルの少なくとも１つとツールタレットの少なくとも１つとが協働して、約１０００ポンド力～約５０，０００ポンド力、好ましくは約１０００ポンド力～約６０００ポンド力の範囲の軸方向鍛造および押圧力を送達および受け取ることができる。一実施形態では、そのような機械は、鍛造およびプレスを容易にするために、および他の目的のためにワークピースを加熱することができる誘導加熱装置をさらに備える。

【0844】

一実施形態では、SCOFAST機械は、３D印刷などの付加動作を実行するように構成された第１のツールと、熱間鍛造などの力送達成形動作を実行するように構成された第２のツールと、熱間鍛造用のアンビルとして機能するなどの受力動作を実行するように構成された第３のツールと、機械加工などの除去動作を実行するように構成された第４のツールと、加熱などの変換動作を実行するように構成された第５のツールと、レーザ光学測定などの測定動作を実行するように構成された第６のツールと、レーザマーキングなどのマーキング動作を実行するように構成された第７のツールと、切断などの除去動作を実行するように構成された第８のツールと、搬出のために完成部品を回収するように構成された第９のツールとを備える。各ツールは、ツール保持および位置決め(THP：toolholding and positioning)装置に取り付けられる。各ツールの位置および向きは、コンピュータによって動作される制御ユニットによって正確に制御される。各ツールは、異なるTHP装置に取り付けられてもよく、または複数の選択可能なツールが、単一のTHP装置に取り付けられてもよい。各THPは、少なくとも１つの軸、好ましくは２、３、４、５、またはそれ以上の軸でツールを移動させるように構成される。THPは、制御ユニットからの命令に従ってツールを変更するように構成されてもよく、様々なツールが、ツールプロビジョニングユニット(TPU：tool provisioning unit)によって各THPに利用可能にされる。各THPは、任意選択的にロボットアームを含んでもよい。

【0845】

一実施形態では、３D印刷などの付加動作を実行するように構成されたSCOFAST機械内の能動ツールは、図２２に示す押出機構と同様のフィラメント押出機構を備える。

【0846】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される一連の動作は、キャンディ、ピル、カーバイドブランク、ベアリング面、または部品の任意の他の部品もしくは特徴などのワークピースまたはワークピースの特徴を形成するために粉末をダイに圧縮することを含む。冷間圧縮動作で使用される圧力は、プレスされる材料に依存する。特定の目的（例えば、生物学的材料および食品材料）では、それらは約０．１PSI～約１０００PSIの範囲内であり得るが、他の目的（例えば、混合炭化物粉末）では、それらは一般に約１０，０００PSI～約５０，０００PSIの範囲内であり、好ましくは約３０，０００PSIである。多くの材料では、接合に必要な圧力は、特に材料が材料の焼結に適した温度に加熱される場合（「熱間圧縮」）、熱エネルギーの付加によって大幅に低減され得る。

【0847】

一実施形態では、SCOFAST機械は、工作物保持スピンドルと、回転ツール、非回転機械加工ツール、およびレーザまたは放電加工ツールなどの追加の機械加工ツールのために複数のマンドレルが設けられたツールタレットとを備える。ツールは、ツールマガジン内に配置され、必要に応じて交換され、それにより、任意の形状が、旋削加工、穿孔、ミリング、研削、ホビングまたは成形、レーザ加工、高周波硬化、放電、および当業者に既知であるか、または将来発見または発明され得る他の除去動作と共に本明細書で指定される他の除去動作によって機械加工され得る。

【0848】

一実施形態では、SCOFAST機械は、複数の工作物保持スピンドルおよび複数の作業ヘッドを組み込んでおり、各作業ヘッドは複数のツールヘッドを有し、各作業ヘッドは、どのツールが作業ヘッドのツールヘッドにロードされるかに応じて様々な動作のいずれかを実行することができる。作業ヘッドは、作業軌跡上に固定されたワークピースに作用する。作業ヘッドは、単独で、または他の作業ヘッドと組み合わせてワークピースに作用することができる。

【0849】

一実施形態では、システムおよび方法は、所望のSCOFAST要素を実装するために既存の機械に適合させることができる機械要素としてインスタンス化される。例えば、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄに示すようなロボットアームを既存のマシニングセンタに組み込んで、マシニングセンタの既存の空間的にコヒーレントな作業空間内で誘導加熱および熱間成形などの様々な動作を実行することができる。

【0850】

一実施形態では、キャリアが鍛造ダイを定位置に運び、その後、２次駆動装置（「鍛造ドライバ」）が作動する。好ましい実施形態では、２次鍛造ドライバは油圧機構によって動力供給される。他の実施形態では、空気圧機構、電気リニアドライバ、磁気レールドライバ、ウォームギア、機械的レバー、または現在存在するか、または将来発生する可能性がある任意の他の機構によって動力供給されてもよい。鍛造ドライバの目的は、鍛造ダイまたはプラテンを所望の速度で前方に移動させて、ワークピースとの接触の瞬間に所望の量の力を送達することであり、所望の量の残留力は、最初の接触後にプラテンを前方に押圧し続ける。

【0851】

一実施形態では、複数のツールを保持するタレットは、３D印刷押出ヘッドなどの１つまたは複数の付加ツール、熱間鍛造ダイなどの１つまたは複数の成形ツール、および面取りツールまたはロータリーカッターなどの１つまたは複数の能動または非能動機械加工ツールを保持することができる。

【0852】

一実施形態では、SCOFAST機械は、温間加工または熱間機械加工用に構成される。多くの高価値合金は、高い靭性および加工硬化の傾向が高いため、機械加工が非常に困難である。この実施形態では、ワークピースは、材料の降伏強度を低下させるのに十分な温度、好ましくは材料の絶対再結晶温度の約３０％を超える温度（温間機械加工）、より好ましくは材料の絶対再結晶温度の約６０％を超える温度（熱間機械加工）に加熱され、次いで、本明細書に記載されているものおよび／または当業者に一般的に既知であるもの、および現在存在するかまたは将来発見され得る他のものなど、所望の温度で有利であり得るようなツールおよび潤滑剤を使用して前記温度またはその付近で機械加工される。

【0853】

一実施形態では、ワークピースは、絶対スケールでワークピース材料の再結晶温度の約３０％～約９０％の温度範囲内である指定温度を超えて加熱され、温度は好ましくは再結晶温度の約６０％を超え、ワークピースがその温度を超えたままで機械加工動作が行われる。

【0854】

一実施形態では、ワークピースの熱エネルギー含有量は、ワークピースを絶対スケールでワークピース材料の再結晶温度の約０％～約３０％の温度範囲内である指定温度にするように調整され、温度は好ましくは再結晶温度の約２０％超であり、ワークピースがその温度範囲内にある間に機械加工動作が実行される。

【0855】

一実施形態では、ワークピースは、絶対スケールでワークピース材料の再結晶温度の約９０％を超える温度範囲内の指定された温度に加熱され、温度は好ましくは再結晶温度の約１００％であり、ワークピースがその温度範囲内にあるままで機械加工動作が実行される。

【0856】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械内で２つ以上のワークピースに対して同時に動作が実行される。

【0857】

いくつかの実施形態では、誘導加熱は、２つ以上の誘導コイルを使用して行われ、各コイルには、異なるパラメータを使用して独立して電気エネルギーが供給される。例えば、ワークピースに適用された複数のコイルは、各々異なる電力および周波数を受け取ることができ、したがって異なる場の強度を生成することができる。これにより、差動加熱ゾーンを形成し、不規則な形状の物体における加熱の均一性を改善し、当業者には明らかな他の有利な熱動作を達成することが可能である。いくつかの実施形態では、ワークピース全体の熱の分布を制御するために、異なる場の深さが使用される。

【0858】

誘導コイルがワークピースに熱エネルギーを送達するために使用される実施形態では、誘導コイルは、任意の形状を有してもよく、ワークピースに対して任意の向きに配置されてもよい。例えば、閉じたコイルを使用することができ、ワークピースをコイル内に軸方向に移動させること、またはコイルをワークピース上に軸方向に移動させることを必要とする。別の例では、部分的に開いたコイルを使用することができ、開いた領域は、ワークピースの上および周りで横方向に移動させることを可能にする。別の例では、分割またはヒンジ付きコイルを使用することができ、コイルを閉じてワークピースの周りに完全な円形または螺旋状のラップを形成する前に横方向に移動させることができる。他の例では、任意の他のコイル形状または形状の組み合わせを使用することができる。

【0859】

一実施形態では、ワークピースに熱エネルギーを送達するために使用される誘導コイルは、図６に示すようにスリーブに取り付けられる。内部インサートを示す誘導加熱コイルの詳細。スリーブ（２）は、図示のようにコイル（１）の内側に嵌合されてもよく、またはコイルの外側の周りに嵌合されてもよく、またはコイルの内側および外側の両方に延在してもよい。スリーブは、コイル剛性を付加し、コイルとワークピースとの間に均一なスタンドオフ（結合）距離を確立し、コイルおよび／またはワークピースを保護するための摩耗面を提供し、および／または液体もしくは気化した加工流体、中性ガス混合物、処理流体、蒸気、またはガスなどの液体、気体および蒸気を保持するのに役立つことができる。スリーブは、加熱中にワークピースに直接隣接する空間の体積からの望ましくないガス混合物の移動を容易にする。コイルスリーブは、（３）に示すようにフランジを含むことができる。フランジは、ワークピースを固定し、コイルを安定させ、ワークピースの加熱中の酸素または水素などの望ましくないガスの移動を改善するコレットまたは他のワークホルダに対する部分的または完全なシールとして機能することができる。

【0860】

一実施形態では、ワークピースおよび１つまたは複数のツールのエネルギー含有量は、例えば切削ツールが１つの温度に維持され、成形ダイが第２の温度に維持され、ワークピースが第３の温度に維持される場合のように、各々独立して操作される。

【0861】

一実施形態では、SCOFAST機械は、結果または効果が機械的動力、機械、および装置によって生成される機能または動作を実行する要素を含む。

【0862】

一実施形態では、SCOFAST機械は、結果または効果が化学作用によって生成されるプロセスを実行する要素を含む。

【0863】

一実施形態では、SCOFAST機械は、結果または効果が何らかの要素または自然の力の動作または適用によってもたらされるプロセスを実行する要素を含む。

【0864】

一実施形態では、SCOFAST機械は、１つの物質の別の物質への動作または適用によって結果または効果がもたらされるプロセスを実行する要素を含む。

【0865】

一実施形態では、ワークピースは、２回以上加熱および鍛造される。第１の加熱後の追加の加熱は、異なる温度であってもよく、力は、鍛造動作ごとに異なっていてもよい。

【0866】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される第１の動作は、布地、織物、プラスチック、または他の着用可能な材料などの可撓性ワークピースに材料を生成または追加するための付加動作を含み、第２の動作は、高温加圧成形などの成形動作を含み、第３の動作は、切削などの除去動作を含む。

【0867】

一実施形態では、SCOFAST機械は、溶融、気化、または燃焼され得る材料から所望の部品のモデルを最初に機械加工し、次いで、そのモデルをプラスター金型に投資し、次いで、モデルを焼き飛ばし、注入、真空、または他の鋳造技術によって金型内に部品を鋳造し、次いで、鋳造物を最終仕様に機械加工し、次いで、部品に表面コーティングを追加するように構成され、すべての工程が空間的にコヒーレントな方法で同じ機械内で実行される。

【0868】

一実施形態では、SCOFAST機械は、溶融、気化、または燃焼され得る犠牲材料から所望の部品のモデルを最初に３D印刷し、次いで、そのモデルをプラスター金型に投資し、次いで、モデルを焼き飛ばし、注入、真空、または他の鋳造技術によって金型内に部品を鋳造し、次いで、鋳造物を最終仕様に機械加工し、次いで、部品に表面コーティングを追加するように構成され、すべての工程が空間的にコヒーレントな方法で同じ機械内で実行される。

【0869】

一実施形態では、SCOFAST機械は、最初に３D印刷し、続いて溶融、気化、または燃焼され得る犠牲材料から所望の部品のモデルを機械加工し、次いで、そのモデルをプラスター金型に投資し、次いで、モデルを焼き飛ばし、注入、真空、または他の鋳造技術によって金型内に部品を鋳造し、次いで、鋳造物を最終仕様に機械加工し、次いで、部品に表面コーティングを追加するように構成され、すべての工程が空間的にコヒーレントな方法で同じ機械内で実行される。

【0870】

一実施形態では、SCOFAST機械は、孔の奥のワークピースの領域を誘導加熱するように構成される。チタン合金に長いボアホールを穿孔するなどの特定の動作は、特定の幾何学的形状および特定の機械的制約では不可避であり得る加工硬化のために非常に困難であることは周知である。ツールのすぐ近くで材料を加熱して降伏強度を低下させることにより、穿孔を容易にし、加工硬化の問題を低減することができる。

【0871】

一実施形態では、SCOFAST機械は、分離されているが互いに拘束されたままであり得るいくつかの要素を有する部品、例えば、拘束ワッシャを備えたボルト、または拘束閉鎖部を備えたシャックルを製造するように構成される。

【0872】

一実施形態では、鍛造は、ハンマーとして機能する力駆動部とアンビルとして機能する力受け部との間、あるいは反対方向に整列された、各々がハンマーおよびアンビルの両方として機能する一対の力駆動部の間に位置するワークピースを用いて達成される。力駆動部は、空気圧または油圧シリンダによって、またはラムもしくは他の電磁装置によって、ギアおよびレバーを備えたモータの配置によって、おもりの落下によって、または任意の他の機構によって駆動されてもよい。鍛造ブローが打たれる間、ハンマーおよびアンビルは、過剰な力の伝達を回避するためにそれらのフレーム装着部材から切り離されてもよい。

【0873】

SCOFASTの一実施形態では、材料の物理化学的処理に必要な機械要素は、マシニングセンタに統合される。このようにして、多くの異なる物理化学的処理をマシニングセンタに統合することができる。各物理化学的処理を行うことができるため、従来であれば２次機械への移動が必要であった部品の様々な動作が可能になる。例えば、（例えば、誘導コイルを用いた）部品加熱の統合は、鍛造、スタンピング、曲げ、硬化、応力緩和、焼鈍、陽極酸化、コーティング、および２次機械の２次動作のために部品移動を従来必要とする他の多くの一般的なタスクと機械加工との統合を可能にする。

【0874】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械を使用して、生物学的システムに合わせた動作によって生物学的部品を製造することができる。付加動作は、生体材料用の基材を堆積させてもよく、または生体材料を直接堆積させてもよい。他の付加動作は、生きている生体材料の付着または成長を含み得る。除去動作は、生物学的相互作用による材料の除去、ならびに化学的および物理的効果による除去を含み得る。

【0875】

一実施形態では、骨基質は、最初に付加的な動作によって作成され、次いで所望の形状に機械加工され、最終的に、基質を歪ませ変形させるように計算された力によって応力下に保持され、その後の成長の小柱状パターンを変更することによって形成される。動作中に加えられる力は、部品の機能にとって重要な微細構造の整列を引き起こす。

【0876】

一実施形態では、SCOFAST機械は、付加的、形成的、除去的、および／または変換的動作の組み合わせによって医薬品を製造するように構成され、他の方法では単一のプロセスまたは単一の機械では容易に製造することができない複数の方向の貫通およびアンダーハングなどの構造またはトポグラフィ特徴を可能にする。

【0877】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、電子機器製造で使用するように構成される。一実施形態では、SCOFAST機械は、チップ製造に使用され、当業者には容易に明らかであるように、例えば一体型ヒートシンクを製造するため、ジャッキまたはソケットなどの他の何らかの構造と部品を接合するため、収容部品内に精密嵌合を形成するため、または今日存在するかまたは将来起こり得る様々な他の目的のいずれかのために、成形動作（例えば、チップ回路の周りの材料の接合または成形）の後に機械加工動作が続くように構成される。

【0878】

別の実施形態では、SCOFAST機械は、ワークピースが回路基板であり、エネルギーおよび力が適用されて回路の異なる構成要素（例えば、溶接ワイヤアタッチメントまたはバッテリ接続部）の溶接を引き起こす溶接動作を実行するように構成され、例えば、余分な材料を除去するため、酸化を除去するため、表面品質を変えるため、ワークピースの一部の形状を変えるため（例えば、ねじ山やキーイング特徴を追加するため）またはその他の理由で、溶接動作の後に機械加工動作が行われる。

【0879】

他の実施形態では、サーミスタ、抵抗温度検出器、アナログ温度計集積回路、デジタル温度計集積回路など、熱伝導性材料内に封入され、ねじやボルトの形状に機械加工される必要がある部品や、意図された使用シナリオにおける受け入れ形状に一致する必要がある他の形状に機械加工される必要がある部品など、封入を必要とし、特定の形状でなければならない部品を製造するために、SCOFAST機械内で複数の動作が実行される。

【0880】

別の実施形態では、SCOFAST機械は、例えば、互いに積層され、ねじまたはボルトの形状に作られなければならない２つ以上の異種金属で構築された、または意図された使用シナリオにおける受け入れ形状と一致しなければならない任意の他の形状に作られなければならない熱電対のように、互いに接合され、次いで特定の形状に作られなければならない２つ以上の異なる材料から作られた部品の製造において複数の動作を実行するように構成される。

【0881】

別の実施形態では、第１の動作は、第１の構成要素（ワークピース）に受け入れポケットを形成する機械加工を含み、第２の動作は、第２の構成要素がワークピースに機械加工されたポケット内にしっかりと嵌合するように、第２の構成要素を変形させるためのエネルギーおよび力の適用を含む。本質的に、これは、第１の構成要素内のダイを機械加工し、続いて第２の構成要素の一部をそのダイに鍛造することを表す。ダイがダイ内で鍛造された部品の除去を妨げる特徴を含む場合、第２の構成要素は鍛造後にダイ内に保持される。一例では、機械加工されたポケット内の第２の構成要素を変形させるためのエネルギーおよび力の適用後に、第２の構成要素が所定の位置に恒久的に保持されるように、ポケットはオーバーハングで機械加工されてもよく、その内部寸法は、その脱出を防止するオーバーハングよりも大きくなる。例えば、部品は、ワークピース内のポケットの機械加工を含む第１の工程であって、ポケットのより深い部分がポケットの表面部分よりも大きく切り取られる、第１の工程と、第２の工程であって、いくつかの変形可能な材料のバーを含む第２の構成要素がポケット内に鍛造され、バーの一部は、工程が完了した後に突出シャフトとして残っており、したがって、元のワークピース内に完全に埋め込まれた保持ヘッドを有する突出シャフトを形成する、第２の工程とによって製造することができる。この技術の１つの明白な利点は、ヘッドの形状がポケットがどのような形状にされても適合し、制約された幾何学的形状を有するワークピース内での保持を可能にすることである。さらなる機械加工工程を適用して、突出シャフトを成形することができ、例えば、レリーフゾーンを切断し、ねじ山を追加し、またはキー機能を導入することができる。

【0882】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、機械加工動作と圧入動作との組み合わせによって部品を製造するように構成される。例えば、止まり孔または貫通孔をワークピースに機械加工し、第２の部品を孔に圧入し、次いで第２の部品の部分を機械加工して、ワークピースに対して定義された空間的関係を有する最終形状を確立することが望ましい場合があり、ここで全体は、SCOFAST機械におけるさらなる動作のためのベースとなり得る複合ワークピースを含む。（本明細書で与えられるすべての例について）記載されているプロセスは、新しい孔が機械加工され、新しい部品がそれらの孔に圧入され、続いて機械加工されて成形され、そのように無限に繰り返されてもよいことは明らかであろう。

【0883】

例えば、空間的にコヒーレントな複合動作は、Ti６Al－４V（グレード５）チタン金属ワークピースに孔を穿孔し、孔を広げるためにワークピースを加熱し、突出したスタッドを残しながらTi６Al－４Vチタン金属部品をその孔に圧入し、金属部品のベースの周りに保持ビーズを溶接し、ビーズの表面部分を機械加工し、突出した金属スタッド上のねじ山を機械加工することとして説明することができる。この例は、単一の金属（チタン）の単一の合金を使用して実行される特定の動作を説明しているが、この例が他の金属および他の合金を含むように一般化することは明らかである。

【0884】

一実施形態では、部品を製造するために使用される動作を実行することができる既存の旋削機械、ミリング機械、スクリュー機械、または他の機械は、後付けされてForchineとして機能する。

【0885】

一実施形態では、材料は、成形動作を含む動作によってニアネットシェイプに成形され、表面特徴は、バイオ機械加工工程で粉砕される。

【0886】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、塑性変形を伴わない弾性変形を達成するために力が加えられる動作を実行するように構成される。例えば、他の方法ではワークピースの所望の部分または側面へのアクセスを得ることができないツールへのアクセスを提供するために、ワークピースまたはその一部をその元の位置から偏向させることが有利であり得る。別の例では、焼鈍、加熱、冷却、音響処理、放射線曝露、化学曝露、または任意の他の物理的もしくは化学的処理などの変換動作を実行しながら、ワークピースを弾性変形位置に保持することが望ましい場合がある。

【0887】

一実施形態では、材料は、機械から材料を除去することなく最終形状に機械加工される前に特定の形状に形成される。

【0888】

一実施形態では、別の工程で材料を機械加工する前に、１つの工程で材料の特性を変化させる処理が実行される。

【0889】

一実施形態では、ワークピースは、機械加工によって変更される前に射出成形によって成形される。

【0890】

一実施形態では、SCOFAST機械内で行われる一連の動作は、鋳造、鍛造、機械加工、および圧入を含む。

【0891】

一実施形態では、金属は液化され、鋳造および鍛造の両方に使用される分割ダイに圧力下で送達される。ベースダイは、必要に応じて位置決めおよび回転可能なワークホルダに保持される。表面ダイは、プレスシリンダに取り付けられ、ベースダイと嵌合するように前方に動かされる。鋳造は、わずかに過剰な材料で行われ、鋳造が完了すると、プレスシリンダは、鋳造されたワークピースの塑性変形を引き起こすのに十分な力を加え、したがって、ワークピースの密度、精度、機械的特性、および仕上げを改善し、細孔および収縮キャビティなどの欠陥を排除する。必要に応じて領域に導入される誘導コイルによって追加の熱を供給することができる。鋳造が困難な小さな特徴は、鍛造工程を追加することによって確実に達成することができる。鍛造工程が完了すると、ダイの１つが引き込まれ、ワークホルダが定位置に移動されて、さらなる動作のためにワークピースを固定し位置決めする。第２のダイは引き込まれ、機械加工ツールがワークピースの一方の側にアクセスすることを可能にする。機械加工ツールは、アンダーカット、高度に指定された表面、孔、ねじ要素、および容易に鋳造または鍛造することができない他の特徴などの追加の特徴を機械加工するための所定の位置に配置される。背面機械加工動作を行う場合、第２のワークホルダを前進させて反対側からワークピースを固定し位置決めし、第１のワークホルダを後退させてワークピースの反対側への機械アクセスを可能にする。すべての機械加工が完了すると、グリッパがワークピースのキャビティの開口部にベアリングを配置し、プレスシリンダが前進してベアリングを所定の位置にプレスする。次いで、ワークピースは、収集領域に配置するグリッパによって保持されたワークホルダによって解放される。

【0892】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての変換動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての除去動作を含む動作のグループから選択される第２の動作とを含む。

【0893】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての成形動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての除去動作を含む動作のグループから選択される第２の動作とを含む。

【0894】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての変換動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての付加動作を含む動作のグループから選択される第２の動作とを含む。

【0895】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての成形動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての付加動作を含む動作のグループから選択される第２の動作とを含む。

【0896】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての付加動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての成形動作を含む動作のグループから選択される第２の動作と、すべての除去動作を含む動作のグループから選択される第３の動作とを含む。

【0897】

一実施形態では、SCOFAST機械内で実行される動作は、すべての付加動作を含む動作のグループから選択される第１の動作と、すべての変換動作を含む動作のグループから選択される第２の動作と、すべての成形動作を含む動作のグループから選択される第３の動作と、すべての除去動作を含む動作のグループから選択される第４の動作とを含む。

【0898】

一実施形態では、ワッシャ、スタンドオフ、またはスリーブなどの別の部品は、一部またはすべての動作が完了した後にボルトシャフト上に位置決めされ、追加の動作は、クリンプまたはビーズなどの保持機構を追加して、追加された部品を拘束して保持する。

【0899】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、工作物保持コレットとワークピースとの間に位置する「鍛造プレート」を含むことができる。鍛造プレートにエンボス加工または彫刻加工を施して、鍛造部品の表面にマークを形成することができる。これは、鍛造ダイの全部または一部として機能することもできる。鍛造プレートは、ブッシングとして機能してもよく、またはそれ自体が部品をクランプするコレットとして機能してもよい。鍛造プレートは、鍛造力をフレーム要素に伝達するように機能する支持またはブレーシングを受けることができ、したがって、スピンドルベアリングを介して伝達されなければならない成形力の成分を低減または排除する。鍛造プレートがコレットを含む場合、主スピンドルコレットは、鍛造のような高力動作中に緩和され、鍛造プレートがスピンドルベアリングを介さずに力全体を受け取って伝達することを可能にする。

【0900】

いくつかの実施形態では、ツールヘッドは押圧ヘッドとしても機能する。ツールヘッドが油圧シリンダによって前進させられるか、サーボドライブによって前進させられるか、リニアアクチュエータによって前進させられるか、または任意の他の方法によって前進させられるかにかかわらず、ツールヘッドは、ツールヘッドと同様にプレスヘッドとして機能するように構成されてもよい。プレスシステムのすべての部品は、実行されるタスクに必要な速度、力、および精度を提供するように適切なサイズにする必要がある。油圧の場合、ポンプ圧力および流量容量は、必要とされる最大の力および最高速度に合わせたサイズにする必要があり、必要に応じてより少ない油圧要件を供給するための圧力および流量制御が使用される。ツールヘッドが油圧ではなくサーボ駆動される場合、サーボ駆動装置、ウォームねじなども同様に、必要な最大プレス力および速度に合わせたサイズにする必要があり、制御システムは特定のタスクごとに駆動装置の挙動を調整する。

【0901】

どのような力が加えられるにせよ、プレス機能に関与する機械のすべての部分は、過度の動きなしにその力に耐えることができなければならない。例えば、回転装置が押圧装置としても機能する場合、フレーム、キャリッジ、押圧ヘッド、コレット、スピンドル、スピンドルベアリング、スピンドルマウント、および機械の他の部分は、望ましくない撓みを生じることなく必要な力を支持するのに十分に強く剛性でなければならない。

【0902】

いくつかの実施形態では、ツールヘッドにプレス機能も実行させることは有利ではなく、その場合、それ自体のプレスフレームを有する油圧またはサーボプレスを含むサブアセンブリは、所望の任意の向きで機械の任意の部分に一体化または取り付けられ、プレス動作が任意の軸に沿ってワークピースの任意の所望の面に向けられ得るように位置決めされ得る。

【0903】

一実施形態では、SCOFAST機械は、任意のタイプであってもよい追加の動作と組み合わされた絞り動作を実行するように構成される。バー材は、機械に供給され、スピンドル、スピンドルコレット、誘導加熱コイルを通過し、そこから絞りプレートまたは成形ローラに至る。ツールポジショナ上の把持ツールは、バー材を把持してそれを張力下に置き、材料を元のバー材と比較してより小さい直径および場合によっては異なる断面に熱間絞りまたは熱間圧延する。製造動作の任意の組み合わせが続いてもよい。このようにしてバー材のベース直径または断面形状を変更する能力は、多くの利点をもたらす。例えば、部品を作製するために切り取らなければならない廃棄物の量を増加させることなく、複数のサイズのねじおよびボルトならびに様々な段付き直径機構を単一のサイズのバー材から製造することができる。

【0904】

一実施形態では、SCOFAST機械は、２つの他の動作の間で変換動作を実行するように構成され、第１のサブ動作が材料の物理的特性の１つのセットから利益を得、第２のサブ動作が材料の物理的特性の第２のセットから利益を得るように、第１のサブ動作と第２のサブ動作との間でワークピースを処理する。例えば、動作が材料の物理的特性の変化から利益を得るように、動作の実行前または実行中に材料を処理する。

【0905】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械内の１つまたは複数の動作は、保護雰囲気中で、またはガスもしくは蒸気形態の１つまたは複数の基材を提供する雰囲気中で実行されてもよい。例えば、酸化を低減または排除するためにアルゴン保護雰囲気を使用することができる。窒素雰囲気を使用して窒化物の形成を促進することができる。表面コーティングの蒸着には、四塩化チタンと水素および窒素とを含む混合雰囲気を使用することができる。多くの有用な気体および蒸気雰囲気は当業者に知られており、これらのいずれも、開示されるシステムおよび方法の範囲内で必要な結果を達成するために使用され得る。

【0906】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は真空チャンバを備えてもよく、動作は任意の指定された真空度の下で真空チャンバ内で実行されてもよい。これは、特定のプロセスは真空中で実行されなければならず、他のプロセスは真空下でより有利に実行され得るので、有利であり得る。例えば、真空は、ワークピースが加熱されるときの表面反応を制御または排除することができる。真空処理はまた、部品から汚染物質を除去することができ、場合によっては、材料の表面に見られる酸化物を脱気または変換することができる。

【0907】

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のSCOFAST動作は、バー材フィーダなどの材料ローダに統合されてもよい。バー材がバー材フィーダからスピンドルおよびコレットを通ってマシニングセンタに入る実施形態では、そのような動作は、バー材がスピンドルを通過する前に行われる。

【0908】

一実施形態では、２つの異なるワークピースは、溶接動作で接合される前に異なる動作を受ける。その後、溶接は機械加工動作で終了する。

【0909】

一実施形態では、成形動作は、装飾的または情報的および機能的であり得るマークを刻印する。

【0910】

一実施形態では、バーコードは、レーザによって部品に印刷またはエッチングされる。

【0911】

一実施形態では、ワークピースは、中空シャフトを有するように成形または機械加工される。中空シャフトにワイヤを挿入し、両者をスウェージング接合する。

【0912】

一実施形態では、２つのワークピースは、２つのワークピースが、一方の凸状特徴部を他方の凹状特徴部に圧入または熱収縮嵌合することによって互いに接合される前に異なる動作を受ける。

【0913】

一実施形態では、SCOFAST機械は、木質材料に対して動作を実行するように構成される。

【0914】

処理流体
一実施形態では、処理流体（「強化流体」）が動作中にワークピースに適用されて、ワークピース材料の物理的または化学的変換を生成または促進し、靭性を高める。一実施形態では、チタン合金ワークピースに対して行われる熱間成形および／または機械加工動作中に強化流体が使用される。一実施形態では、強化流体は、オレイン酸（約５０～８５％）、リノール酸（約３～２５％）、パルミチン酸（約７～２５％）、ステアリン酸（約０．１～１０％）、およびリノレン酸（約０～２％）を含むトリアシルグリセロールから主に構成され、トリアシルの組み合わせの主な分布率は、順序的にOOO、POO、OOL、POL、SOO、SOLであり、ヒドロキシチロソールおよびチロソールを含むポリフェノールを含む任意の追加の成分を有し、以下の物理的特性を有する天然油混合物である。比重１５．５℃で約０．９０～０．９３kg／m^３、好ましくは１５．５℃で約０．９１５～０．９２５kg／m^３、粘度２０℃で約７８～８８mPa．s、好ましくは２０℃で約８０～８６mPa．s、より好ましくは２０℃で約８４mPa．s、比熱２０℃で約１．７５～２．０５（J／g．℃）、好ましくは約１．９７～２．０２（J／g．℃）、より好ましくは２．０（J／g．℃）、熱伝導率２０℃で約０．１６５～０．１８０（W／m．K）、好ましくは約０．１７（W／m．K）、誘電率２０℃で約３．０～３．２、好ましくは約３．１、密度２０℃で約９００～９３０kg／m^３、好ましくは約９１３～９１９kg／m^３、より好ましくは約９１６kg／m^３、熱拡散率２０℃で約４～１２×１０^－８m^２／s、好ましくは約５．３～８．３×１０^－８m^２／s、海面における沸点約２９８～３００℃、および煙点約１９０～２１５℃。

【0915】

潤滑剤圧力
一実施形態では、冷却剤および／または潤滑剤（「加工流体」）は、０PSI～約３０００PSI、好ましくは約３PSI～約１２PSIの範囲のポンピング圧力でツールおよび／またはワークピース上に導かれる。別の実施形態では、加工流体は、約３PSI未満の圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、１２PSI～１００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、１００PSI～２００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、２００PSI～３００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、３００PSI～５００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、５００PSI～６００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、６００PSI～８００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、８００PSI～１０００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、１０００PSI～２０００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、２０００PSI～３０００PSIの圧力で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約３０００PSIを超える圧力で供給される。

【0916】

潤滑剤流量
加工流体の流量を制御することも有利であり得る。従来のフラッディングでは、経験則として、機械から出る冷却剤の温度が機械に入る温度よりも４C以上高くならないまで流れを増加させる必要がある。高圧スプレー冷却のために、約０．５ml／分という低い流量を使用することができる。超合金を機械加工する際のフラッド冷却の場合、流量は、ツール位置当たり（または研削幅のインチ当たり）約２０ガロン／分であり得る。切り屑を運び去るため、ツールを洗浄するため、および他の目的のために、より高い圧力および流量が必要な場合がある。一実施形態では、冷却剤および／または潤滑剤（「加工流体」）は、約０．００１ml／分～約１００００リットル／分の流量で、好ましくは約４リットル／分の範囲でツールおよび／またはワークピース上に導かれる。別の実施形態では、加工流体は、約１リットル／分未満の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約１リットル／分～４リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約４リットル／分～１０リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約１０リットル／分～５０リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約５０リットル／分～１００リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約１００リットル／分～５００リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約５００リットル／分～１０００リットル／分の流量で供給される。別の実施形態では、加工流体は、約１０００リットル／分～１００００リットル／分の流量で供給される。

【0917】

潤滑剤温度
いくつかのシナリオでは、加工流体の温度を制御することが有利である。一実施形態では、SCOFAST機械内で行われる一連の動作は、誘導加熱と、それに続く熱間鍛造および熱間機械加工とを含む。この実施形態では、潤滑剤を供給しながら、可能な限り少ない熱損失でワークピースおよびツールの温度を最初から最後まで維持することが望ましい。このシナリオでは、約１２PSI以下の低圧および実行される動作のための所望の量の潤滑および冷却を提供するのに十分な流量で加工流体を供給することが有利であり得る。加工流体は、任意のタイプの加熱または冷却システムを使用して加熱または冷却することができる。

【0918】

打撃速度
いくつかの実施形態では、約０．５メートル／秒～約１０メートル／秒、好ましくは約６メートル／秒の打撃速度（衝撃の瞬間の速度）で送達される初期衝撃を含む力プロファイルで成形が行われる。一実施形態では、打撃速度は約１０m／sより大きい。一実施形態では、打撃速度は約１０m／s～約８m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約８m／s～約６m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約６m／s～約４m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約４m／s～約２m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約２m／s～約１m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約１m／s～約０．５m／sである。別の実施形態では、打撃速度は約０．５m／s未満である。

【0919】

成形力持続時間
いくつかの実施形態では、成形力が加えられ、ワークピースの結果として生じる塑性変形（不可逆的な材料の流れ）の持続時間は、約０．００１ミリ秒～約１００秒、好ましくは約５ミリ秒～約１００ミリ秒である。一実施形態では、持続時間は約１００秒より長い。別の実施形態では、持続時間は約１００秒～約５０秒である。別の実施形態では、持続時間は約５０秒～約１０秒である。別の実施形態では、持続時間は約１０秒～約５秒である。別の実施形態では、持続時間は約５秒～約２秒である。別の実施形態では、持続時間は約２秒～約１秒である。別の実施形態では、持続時間は約１０００ミリ秒～約５００ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約５００ミリ秒～約１００ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約１００ミリ秒～約５０ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約５０ミリ秒～約２０ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約２０ミリ秒～約１０ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約１０ミリ秒～約１ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約１ミリ秒～約０．５ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約０．５ミリ秒～約０．１ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約０．１ミリ秒～約０．０１ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約０．０１ミリ秒～約０．００１ミリ秒である。別の実施形態では、持続時間は約０．００１ミリ秒未満である。

【0920】

変形範囲mm
一実施形態では、成形力がワークピースに加えられ、結果として生じる塑性変形により、材料が約１００mm～約０．００１mm、好ましくは約２０mm～約１mmの距離だけ変位する。

【0921】

別の実施形態では、材料は約１００mmを超えて変位する。

【0922】

別の実施形態では、材料は約１００mm～約５０mmの間で変位する。

【0923】

別の実施形態では、材料は約５０mm～約１０mmの間で変位する。

【0924】

別の実施形態では、材料は約１０mm～約５mmの間で変位する。

【0925】

別の実施形態では、材料は約５mm～約１mmの間で変位する。

【0926】

別の実施形態では、材料は約１mm～約０．５mmの間で変位する。

【0927】

別の実施形態では、材料は約０．５mm～約０．１mmの間で変位する。

【0928】

別の実施形態では、材料は約０．１mm～約０．０５mmの間で変位する。

【0929】

別の実施形態では、材料は約０．０５mm～約０．０１mmの間で変位する。

【0930】

別の実施形態では、材料は約０．０１mm～約０．００１mmの間で変位する。

【0931】

別の実施形態では、材料は約０．００１mm未満変位する。

【0932】

変形範囲％
一実施形態では、成形力がワークピースに加えられ、結果として生じる塑性変形により、材料がワークピースの軸方向長さ（成形力の軸線で測定）の約０．１％～約２００％、好ましくは軸方向長さの約１％～約１００％の距離だけ変位する。

【0933】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約２００％を超えて変位する。

【0934】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約２００％～約１００％の間で変位する。

【0935】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約１００％～約７５％の間で変位する。

【0936】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約７５％～約５０％の間で変位する。

【0937】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約５０％～約２５％の間で変位する。

【0938】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約２５％～約１０％の間で変位する。

【0939】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約１０％～約１％の間で変位する。

【0940】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約１％～約０．１％の間で変位する。

【0941】

別の実施形態では、材料は、軸方向長さの約１％～約０．０１％の間で変位する。

【0942】

１つの直線寸法の変化範囲
一実施形態では、成形力がワークピースに加えられ、結果として生じる塑性変形により、ワークピースの直線寸法は、約１００mm～約０．０１mm、好ましくは約１０mm～約１mm変化する。

【0943】

別の実施形態では、直線寸法は約１００mmを超えて変化する。

【0944】

別の実施形態では、直線寸法は約１００mm～約５０mm変化する。

【0945】

別の実施形態では、直線寸法は約５０mm～約１０mm変化する。

【0946】

別の実施形態では、直線寸法は約１０mm～約５mm変化する。

【0947】

別の実施形態では、直線寸法は約５mm～約１mm変化する。

【0948】

別の実施形態では、直線寸法は約１mm～約０．５mm変化する。

【0949】

別の実施形態では、直線寸法は約０．５mm～約０．１mm変化する。

【0950】

別の実施形態では、直線寸法は約０．１mm～約０．０５mm変化する。

【0951】

別の実施形態では、直線寸法は約０．０５mm～約０．０１mm変化する。

【0952】

別の実施形態では、直線寸法は約０．０１mm～約０．００１mm変化する。

【0953】

別の実施形態では、直線寸法の変化は約０．００１mm未満である。

【0954】

１つの直線寸法における変化率の範囲
一実施形態では、成形力がワークピースに加えられ、結果として生じる塑性変形は、ワークピースの直線寸法は、約１％～約２００％、好ましくは約１％～約１００％変化する。

【0955】

別の実施形態では、直線寸法は約２００％を超えて変化する。

【0956】

別の実施形態では、直線寸法は約２００％～約１００％変化する。

【0957】

別の実施形態では、直線寸法は約１００％～約７５％変化する。

【0958】

別の実施形態では、直線寸法は約７５％～約５０％変化する。

【0959】

別の実施形態では、直線寸法は約５０％～約２５％変化する。

【0960】

別の実施形態では、直線寸法は約２５％～約１０％変化する。

【0961】

別の実施形態では、直線寸法は約１０％～約１％変化する。

【0962】

別の実施形態では、直線寸法は約１％～約０．１％変化する。

【0963】

別の実施形態では、直線寸法は約０．１％～約０．０１％変化する。

【0964】

誘導加熱用の電力の範囲
いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、温間および熱間成形動作の一部として、変換動作のために、付加仕上げ動作のために、および他の目的のためにワークピースを加熱するために使用される誘導加熱システムを備える。これらの目的に使用される誘導加熱システムに必要な電力定格は、意図されるワークピースのサイズおよび材料、ならびに実行される特定の動作に依存する。一実施形態では、誘導加熱電源の出力電力は、約０．５KW～約５００KW、好ましくは約１０KW～約５０KW、より好ましくは約３０KWである。

【0965】

別の実施形態では、出力電力は約０．５KW未満である。

【0966】

別の実施形態では、出力電力は約０．５KW～約１KWである。

【0967】

別の実施形態では、出力電力は約１KW～約２KWである。

【0968】

別の実施形態では、出力電力は約２KW～約５KWである。

【0969】

別の実施形態では、出力電力は約５KW～約１０KWである。

【0970】

別の実施形態では、出力電力は約１０KW～約２０KWである。

【0971】

別の実施形態では、出力電力は約２０KW～約３０KWである。

【0972】

別の実施形態では、出力電力は約３０KW～約５０KWである。

【0973】

別の実施形態では、出力電力は約５０KW～約１００KWである。

【0974】

別の実施形態では、出力電力は約１００KW～約２５０KWである。

【0975】

別の実施形態では、出力電力は約２５０KW～約５００KWである。

【0976】

別の実施形態では、出力電力は約５００KWを超える。

【0977】

誘導周波数の範囲
いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、温間および熱間成形動作の一部として、変換動作のために、付加仕上げ動作のために、および他の目的のためにワークピースを加熱するために使用される誘導加熱システムを備える。これらの目的に使用される誘導加熱システムに必要な電力周波数は、意図されるワークピースのサイズおよび材料、ならびに実行される特定の動作に依存する。一実施形態では、誘導周波数は、約１００Hz～約１０MHz、好ましくは約１KHz～約１００KHz、より好ましくは約３０KHz～約８０KHzである。

【0978】

別の実施形態では、誘導周波数は約１０MHzを超える。

【0979】

別の実施形態では、誘導周波数は約１０MHz～約１００KHzである。

【0980】

別の実施形態では、誘導周波数は約１００KHz～約８０KHzである。

【0981】

別の実施形態では、誘導周波数は約８０KHz～約５０KHzである。

【0982】

別の実施形態では、誘導周波数は約５０KHz～約３０KHzである。

【0983】

別の実施形態では、誘導周波数は約３０KHz～約１０KHzである。

【0984】

別の実施形態では、誘導周波数は約１０KHz～約１KHzである。

【0985】

別の実施形態では、誘導周波数は約１KHz～約１００Hzである。

【0986】

再結晶温度の加熱温度範囲
いくつかの実施形態では、SCOFAST機械は、ワークピース材料の再結晶温度（T_R）の約０．１％～約２００％、好ましくは約５０％～約１００％、より好ましくは約６０％～約９０％である最大絶対温度Iまでワークピースを加熱する加熱動作を実行する。一実施形態では、T_MはT_Rの０．１％未満である。別の実施形態では、T_MはT_Rの０．１％～１％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの１％～１０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの１０％～２０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの２０％～３０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの３０％～４０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの４０％～５０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの５０％～６０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの６０％～７０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの７０％～８０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの８０％～９０％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの９０％～１００％である。別の実施形態では、T_MはT_Rの１００％超である。

【0987】

成形温度
一実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約３０％以下である間に成形動作が行われる（「冷間成形」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約３０％～約６０％の間である間に成形が行われる（「温間成形」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約６０％以上である間に成形が行われる（「熱間成形」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約６０％～約７０％である間に成形が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約７０％～約８０％である間に成形が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約８０％～約９０％である間に成形が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約９０％～約１００％である間に成形が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度以上である間に成形が行われる。いくつかの実施形態では、ワークピースの異なるゾーンは、成形前に異なる温度にされる。

【0988】

機械加工温度
一実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約３０％以下である間に機械加工が行われる（「冷間機械加工」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約３０％～約６０％の間である間に機械加工が行われる（「温間機械加工」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約６０％以上である間に機械加工が行われる（「熱間機械加工」）。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約６０％～約７０％である間に機械加工が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約７０％～約８０％である間に機械加工が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約８０％～約９０％である間に機械加工が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度の約９０％～約１００％である間に機械加工が行われる。別の実施形態では、ワークピースが絶対スケールで材料の再結晶温度以上である間に機械加工が行われる。いくつかの実施形態では、ワークピースの異なるゾーンは、機械加工の前に異なる温度にされる。

【0989】

絶対加熱温度
一実施形態では、加熱要素は、約０C～約２０００C、好ましくは約８００C～１３００Cの最終温度までワークピースを加熱する。

【0990】

別の実施形態では、最終温度は約２０００C～１５００Cである。

【0991】

別の実施形態では、最終温度は約１５００C～１０００Cである。

【0992】

別の実施形態では、最終温度は約１０００C～８００Cである。

【0993】

別の実施形態では、最終温度は約８００C～５００Cである。

【0994】

別の実施形態では、最終温度は約２５０C～５００Cである。

【0995】

別の実施形態では、最終温度は約１００C～２５０Cである。

【0996】

別の実施形態では、最終温度は約０C～１００Cである。

【0997】

精度
一実施形態では、１つのタイプの第１の動作および別のタイプの第２の動作は、ワークピースが第１の動作から少なくとも部分的に結果として生じる第１の特徴および第２の動作から少なくとも部分的に結果として生じる第２の特徴を取得するようにSCOFAST機械内で組み合わされ、精度および公差は、第１の特徴に関して第２の特徴について指定および測定される。一実施形態では、精度および公差は、次元性、平面性、平行度、角形性、共平面性、同軸度、共線性、同心度、真円度、円筒度、振れ、および総振れを含む群から選択される１つまたは複数の属性に関して指定される。一実施形態では、第１の動作と第２の動作との間の空間的コヒーレンスは、約１％～約０．０００１％、好ましくは約０．５％～０．１％の最終誤差を許容する。

【0998】

別の実施形態では、最終誤差は約１％～約０．８％である。

【0999】

別の実施形態では、最終誤差は約０．８％～約０．６％である。

【1000】

別の実施形態では、最終誤差は約０．６％～約０．４％である。

【1001】

別の実施形態では、最終誤差は約０．４％～約０．２％である。

【1002】

別の実施形態では、最終誤差は約０．２％～約０．１％である。

【1003】

別の実施形態では、最終誤差は約０．１％～約０．０５％である。

【1004】

別の実施形態では、最終誤差は約０．０５％～約０．０１％である。

【1005】

別の実施形態では、最終誤差は約０．０１％～約０．００５％である。

【1006】

別の実施形態では、最終誤差は約０．００５％～約０．０００１％である。

【1007】

同心度
一実施形態では、成形動作と機械加工動作がSCOFAST機械内で組み合わされて、スピンドルワークホルダから１２インチの距離で、成形動作から少なくとも部分的に生じる第１の円形特徴と、第１の円形特徴と同一平面上かつ同心であるように指定され、機械加工動作から少なくとも部分的に生じる第２の円形特徴とが製造され、第１の円形特徴および第２の円形特徴の中心間誤差は、約１mm～約０．００１mm、好ましくは約０．５mm未満、より好ましくは約０．２５mm未満である。

【1008】

別の実施形態では、中心間誤差は、約１mm～約０．５mmである。

【1009】

別の実施形態では、中心間誤差は、約０．５mm～約０．１mmである。

【1010】

別の実施形態では、中心間誤差は、約０．１mm～約０．０１mmである。

【1011】

別の実施形態では、中心間誤差は、約０．０１mm～約０．００５mmである。

【1012】

別の実施形態では、中心間誤差は約０．００５mm未満である。

【1013】

共線性
一実施形態では、SCOFAST機械において、第１の動作の軸と第２の動作の軸との間の共線回転軸からのずれが、２つの動作が適用され得る全距離に沿って約０．００００１インチ／インチ～約０．００５インチ／インチ、好ましくは約０．００２インチ／インチ未満、より好ましくは約０．０００５インチ／インチ未満であるように、２つの動作が組み合わされる。

【1014】

別の実施形態では、ずれは１インチ当たり約０．００００１インチ未満である。

【1015】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．００００１インチ～約０．００００５インチである。

【1016】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．００００５インチ～約０．０００１インチである。

【1017】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．０００１インチ～約０．０００５インチである。

【1018】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．０００５インチ～約０．００１インチである。

【1019】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．００１インチ～約０．００２インチである。

【1020】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．００２インチ～約０．００５インチである。

【1021】

別の実施形態では、ずれは、１インチ当たり約０．００５インチより大きい。

【1022】

公差
一実施形態では、１つのタイプの第１の動作および別のタイプの第２の動作は、少なくともISO２８６グレードのIT１８、好ましくはIT１７、より好ましくはIT１６、より好ましくはIT１５、より好ましくはIT１４、より好ましくはIT１３、より好ましくはIT１２、より好ましくはIT１１、より好ましくはIT１０、より好ましくはIT９、より好ましくはIT８、より好ましくはIT７、より好ましくはIT６、より好ましくはIT５、より好ましくはIT４、より好ましくはIT３、より好ましくはIT２、より好ましくはIT０、より好ましくはIT０１を満たす公差で部品を製造することを可能にする２つの動作間の空間的コヒーレンスの程度でSCOFAST機械内で組み合わされる。

【1023】

動作間の時間
一実施形態では、１つのタイプの第１の動作の完了と別のタイプの第２の動作の開始との間の達成可能な最良の時間間隔は、約１０００秒～約０．００１秒、好ましくは約１００秒～約０．１秒、より好ましくは約１０秒～約０．１秒である。別の実施形態では、間隔は約５００秒～約１００秒である。別の実施形態では、間隔は約１０００秒～約５００秒である。別の実施形態では、間隔は約５００秒～約１００秒である。別の実施形態では、間隔は約１００秒～約６０秒である。別の実施形態では、間隔は約６０秒～約３０秒である。別の実施形態では、間隔は約３０秒～約２０秒である。別の実施形態では、間隔は約２０秒～約１０秒である。別の実施形態では、間隔は約１０秒～約５秒である。別の実施形態では、間隔は約５秒～約０．１秒である。別の実施形態では、間隔は約０．１秒～約０．０１秒である。別の実施形態では、間隔は約０．０１秒～約０．００１秒である。別の実施形態では、間隔は約０．００１秒未満である。

【1024】

動作間距離
一実施形態では、第１の成形動作および第２の機械加工動作がワークピース上で実行され、第１の動作の開始時の３つの非共平面基準特徴の位置と第２の動作の開始時の同じ基準特徴の位置との間の距離の合計は、約３０００mm～約０．００１mmである。

【1025】

別の実施形態では、距離の合計は、約３０００mm～約１０００mmである。

【1026】

別の実施形態では、距離の合計は、約１０００mm～約１００mmである。

【1027】

別の実施形態では、距離の合計は、約１００mm～約１０mmである。

【1028】

別の実施形態では、距離の合計は、約１０mm～約１mmである。

【1029】

別の実施形態では、距離の合計は約１mm～約０．１mmである。

【1030】

別の実施形態では、距離の合計は、約０．１mm～約０．０２５mmである。

【1031】

別の実施形態では、距離の合計は、約０．０２５mm～約０．０１mmである。

【1032】

別の実施形態では、距離の合計は、約０．０１mm～約０．００１mmである。

【1033】

別の実施形態では、距離の合計は約０．００１mm未満である。

【1034】

動作間の絶対温度低下率
いくつかの実施形態では、ワークピースは絶対温度Tに加熱され、続いて第１の動作が実行され、続いて第２の動作が実行される。いくつかの実施形態では、第１の動作の開始時間から第２の動作の開始時間までのワークピース絶対温度の低下（Tデルタ）は、Tの約０％～約９０％、好ましくは約０％～約５０％、より好ましくは約１５％～約３０％である。一実施形態では、温度は低下するのではなく上昇する。別の実施形態では、TデルタはTの約０％～約１０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約１０％～約２０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約２０％～約３０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約３０％～約４０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約４０％～約５０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約５０％～約６０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約６０％～約７０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約７０％～約８０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約８０％～約９０％である。別の実施形態では、TデルタはTの約９０％～約１００％である。

【1035】

モータタイプ
一実施形態では、SCOFAST機械の一部を形成するモータは電気モータである。

【1036】

別の実施形態では、モータは磁気モータである。

【1037】

別の実施形態では、モータは油圧モータである。

【1038】

別の実施形態では、モータは空気圧モータである。

【1039】

別の実施形態では、モータは機械的に駆動されるモータである。

【1040】

別の実施形態では、モータは内燃モータである。

【1041】

別の実施形態では、モータは熱勾配モータである。

【1042】

別の実施形態では、モータはレーザ駆動モータである。

【1043】

別の実施形態では、モータはリニアアクチュエータである。

【1044】

別の実施形態では、モータは、タンパク質駆動モータなどの生物学的モータである。

【1045】

別の実施形態では、モータは、約０．０１ナノメートル～約１ナノメートルの範囲のサイズを有する分子モータ、例えば、パラジウム－ガリウムステータおよび単一のアセチレンロータを含むモータである。

【1046】

モータサイズ
一実施形態では、モータサイズは、約１ナノメートル～約１００メートルの範囲、好ましくは約１センチメートル～約５０センチメートルの範囲である。

【1047】

別の実施形態では、モータサイズは、約１ナノメートル～約１マイクロメートルの範囲である。

【1048】

別の実施形態では、モータサイズは、約１マイクロメートル～約１ミリメートルの範囲である。

【1049】

別の実施形態では、モータサイズは、約１ミリメートル～約１センチメートルの範囲である。

【1050】

別の実施形態では、モータサイズは、約１センチメートル～約１０センチメートルの範囲である。

【1051】

別の実施形態では、モータサイズは、約１０センチメートル～約１００センチメートルの範囲である。

【1052】

別の実施形態では、モータサイズは、約１００センチメートル～約１メートルの範囲である。

【1053】

別の実施形態では、モータサイズは、約１メートル～約１０メートルの範囲である。

【1054】

別の実施形態では、モータサイズは、約１０メートル～約１００メートルの範囲である。

【1055】

モータ動力
一実施形態では、スピンドルモータ、リニアアクチュエータ、および他の動力要素は、約１ピコニュートンメートル／秒（分子スケールの力）から約１００，０００馬力を超える範囲の動力を提供することができる。

【1056】

一実施形態では、モータによって供給される電力は、約０．００１HP未満である。

【1057】

別の実施形態では、モータ動力は、約０．００１～約０．０１HPの範囲内である。

【1058】

別の実施形態では、モータ動力は、約０．０１～約０．１HPの範囲内である。

【1059】

別の実施形態では、モータ動力は、約０．１～約１．０HPの範囲内である。

【1060】

別の実施形態では、モータ動力は、約１～約５HPの範囲内である。

【1061】

別の実施形態では、モータ動力は、約５～約１０HPの範囲である。

【1062】

別の実施形態では、モータ動力は、約１０～約５０HPの範囲内である。

【1063】

別の実施形態では、モータ動力は、約５０～約１００HPの範囲内である。

【1064】

別の実施形態では、モータ動力は、約１００～約２００HPの範囲内である。

【1065】

別の実施形態では、モータ動力は、約２００～約３００HPの範囲内である。

【1066】

別の実施形態では、モータ動力は、約３００～約４００HPの範囲内である。

【1067】

別の実施形態では、モータ動力は、約４００～約５００HPの範囲内である。

【1068】

別の実施形態では、モータ動力は、約５００～約１０００HPの範囲内である。

【1069】

別の実施形態では、モータ動力は、約１０００～約１００００HPの範囲内である。

【1070】

別の実施形態では、モータ動力は、約１００００～約１０００００HPの範囲内である。

【1071】

別の実施形態では、モータ動力は、約１０００００HPを超える範囲である。

【1072】

モータトルク
SCOFAST機械内では、モータによって供給されるトルクは、約１pNm～約１０００００００Nmを超える範囲、好ましくは約１０～約５０ニュートンメートルの範囲であってもよい。

【1073】

一実施形態では、モータトルクは０．０１Nm未満の範囲である。

【1074】

別の実施形態では、モータトルクは、約０．０１～約０．１Nmの範囲である。

【1075】

別の実施形態では、モータトルクは、約０．１～約１．０Nmの範囲である。

【1076】

別の実施形態では、モータトルクは、約１～約５Nmの範囲である。

【1077】

別の実施形態では、モータトルクは、約５～約１０Nmの範囲である。

【1078】

別の実施形態では、モータトルクは、約１０～約５０Nmの範囲である。

【1079】

別の実施形態では、モータトルクは、約５０～約１００Nmの範囲である。

【1080】

別の実施形態では、モータトルクは、約１００～約２００Nmの範囲である。

【1081】

別の実施形態では、モータトルクは、約２００～約３００Nmの範囲である。

【1082】

別の実施形態では、モータトルクは、約３００～約４００Nmの範囲である。

【1083】

別の実施形態では、モータトルクは、約４００～約５００Nmの範囲である。

【1084】

別の実施形態では、モータトルクは、約５００～約１０００Nmの範囲である。

【1085】

別の実施形態では、モータトルクは、約１０００～約１００００Nmの範囲である。

【1086】

別の実施形態では、モータトルクは、約１００００～約１０００００Nmの範囲である。

【1087】

別の実施形態では、モータトルクは約１０００００Nmを超える。

【1088】

押圧力
SCOFAST機械のいくつかの実施形態では、プレス／成形力は、約０．０００００１トン～約２０００トン、好ましくは約１トン～約５トンの範囲内、より好ましくは約２トンである。

【1089】

一実施形態では、押圧力は約２０００トンより大きい。

【1090】

別の実施形態では、押圧力は約１５００～約２０００トンである。

【1091】

別の実施形態では、押圧力は約１０００～約１５００トンである。

【1092】

別の実施形態では、押圧力は約５００～約１０００トンである。

【1093】

別の実施形態では、押圧力は約２５０～約５００トンである。

【1094】

別の実施形態では、押圧力は約２００～約２５０トンである。

【1095】

別の実施形態では、押圧力は約１５０～約２００トンである。

【1096】

別の実施形態では、押圧力は約１００～約１５０トンである。

【1097】

別の実施形態では、押圧力は約８０～約１００トンである。

【1098】

別の実施形態では、押圧力は約５０～約８０トンである。

【1099】

別の実施形態では、押圧力は約２５～約５０トンである。

【1100】

別の実施形態では、押圧力は約２０～約２５トンである。

【1101】

別の実施形態では、押圧力は約１５～約２０トンである。

【1102】

別の実施形態では、押圧力は約１０～約１５トンである。

【1103】

別の実施形態では、押圧力は約５～約１０トンである。

【1104】

別の実施形態では、押圧力は約３～約５トンである。

【1105】

別の実施形態では、押圧力は約２～約３トンである。

【1106】

別の実施形態では、押圧力は約１～約２トンである。

【1107】

別の実施形態では、押圧力は約０．５～約１トンである。

【1108】

別の実施形態では、押圧力は約０．１～約０．５トンである。

【1109】

別の実施形態では、押圧力は約０．０１～約０．１トンである。

【1110】

別の実施形態では、押圧力は約０．００１～約０．０１トンである。

【1111】

別の実施形態では、押圧力は約０．０００１～約０．００１トンである。

【1112】

別の実施形態では、押圧力は約０．００００１～約０．０００１トンである。

【1113】

別の実施形態では、押圧力は約０．０００００１～約０．００００１トンである。

【1114】

別の実施形態では、押圧力は約０．０００００１トン未満である。

【1115】

プレスストロークおよび回復
いくつかの実施形態では、forchineのプレス／成形要素は、急速なストロークおよび回復を有する。一実施形態では、ストローク速度は、約１００分／ストローク～約０．００１分／ストロークの範囲になるように構成される。

【1116】

一実施形態では、ストローク速度は約０．０１ストローク／分未満である。

【1117】

別の実施形態では、ストローク速度は、約０．０１～約１ストローク／分の範囲である。

【1118】

別の実施形態では、ストローク速度は、約１～約２ストローク／分の範囲である。

【1119】

別の実施形態では、ストローク速度は、約２～約２０ストローク／分の範囲である。

【1120】

別の実施形態では、ストローク速度は、約２０～約６０ストローク／分の範囲である。

【1121】

別の実施形態では、ストローク速度は、約６０～約１２０ストローク／分の範囲である。

【1122】

別の実施形態では、ストローク速度は、約１２０～約５００ストローク／分の範囲である。

【1123】

別の実施形態では、ストローク速度は、約５００～約１０００ストローク／分の範囲である。

【1124】

清浄領域
いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の清浄領域は、クラス１とクラス９との間（両端を含む）、好ましくはクラス１のISO１４６４４－１要件を満たす。一実施形態では、清浄領域は、クラス２のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス３のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス４のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス５のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス６のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス７のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス８のISO１４６４４－１要件を満たす。別の実施形態では、清浄領域は、クラス９のISO１４６４４－１要件を満たす。

【1125】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の清浄領域は、残留粒子のサイズを制限するように制御され、約１０００ミクロン～約５ミクロンのサイズ制限を有し、好ましくは約２５０ミクロン～約５ミクロンのサイズ制限を有する。

【1126】

一実施形態では、サイズ制限は、約１０００ミクロン～約５００ミクロンである。

【1127】

一実施形態では、サイズ制限は、約５００ミクロン～約２５０ミクロンである。

【1128】

一実施形態では、サイズ制限は、約２５０ミクロン～約１００ミクロンである。

【1129】

一実施形態では、サイズ制限は、約１００ミクロン～約５０ミクロンである。

【1130】

一実施形態では、サイズ制限は、約５０ミクロン～約１０ミクロンである。

【1131】

一実施形態では、サイズ制限は、約１０ミクロン～約５ミクロンである。

【1132】

一実施形態では、サイズ制限は約５ミクロン未満である。

【1133】

いくつかの実施形態では、SCOFAST機械の清浄領域は、清浄領域内の残留粒子の総量を制限するように制御され、約０．１mg～約２５mg、好ましくは約１mg～約０．１mgの量制限を有する。

【1134】

一実施形態では、量制限は、約２５mg～約２０mgである。

【1135】

一実施形態では、量制限は、約２０mg～約１０mgである。

【1136】

一実施形態では、量制限は、約１０mg～約５mgである。

【1137】

一実施形態では、量制限は約５mg～約１mgである。

【1138】

一実施形態では、量制限は、約１mg～約０．５mgである。

【1139】

一実施形態では、量制限は、約０．５mg～約０．２５mgである。

【1140】

一実施形態では、量制限は、約０．２５mg～約０．１mgである。

【1141】

一実施形態では、量制限は約０．１mg未満である。

【1142】

さらなる実施形態
E１．製造用の空間コヒーレント機械であって、
ワークピースを固定するように構成された工作物保持要素と、
機械加工ツールを使用してワークピースに対して除去的機械加工動作を実行するように構成された少なくとも１つの運動制御軸を有するツール保持要素と、
ワークピースの熱エネルギーを、ワークピース材料の降伏強度を低下させるレベルまで上昇させる加熱動作を実行するように構成された加熱要素と、
ワークピース材料に塑性変形を生じさせる量の力をワークピースに加える成形動作を実行するように構成された成形要素と、を備え、
工作物保持要素は、加熱動作、成形動作、および除去動作が空間的にコヒーレントな方法で行われるように、加熱動作、成形動作、および除去動作中にワークピースを固定する、製造用の空間コヒーレント機械。

【1143】

E２．製造用の空間コヒーレント機械であって、
ワークピースを固定するように構成された工作物保持要素と、
ワークピースに材料を付加する付加動作を実行するように構成された付加製造要素と、
ワークピースの熱エネルギーを、ワークピース材料の降伏強度を低下させるレベルまで上昇させる加熱動作を実行するように構成された加熱要素と、
ワークピース材料に塑性変形を生じさせる量の力をワークピースに加える成形動作を実行するように構成された成形要素と、を備え、
工作物保持要素は、加熱動作、成形動作、および付加動作が空間的にコヒーレントな方法で行われるように、加熱動作、成形動作、および付加動作中にワークピースを固定する、製造用の空間コヒーレント機械。

【1144】

E３．製造用の空間コヒーレント機械であって、
ワークピースを固定するように構成された工作物保持要素と、
機械加工ツールを使用してワークピースに対して除去的機械加工動作を実行するように構成された少なくとも１つの運動制御軸を有するツール保持要素と、
ワークピースに材料を付加する付加動作を実行するように構成された付加製造要素と、
ワークピースの熱エネルギーを、ワークピース材料の降伏強度を低下させるレベルまで上昇させる加熱動作を実行するように構成された加熱要素と、
ワークピース材料に塑性変形を生じさせる量の力をワークピースに加える成形動作を実行するように構成された成形要素と、を備え、
工作物保持要素は、加熱動作、成形動作、ならびに付加および除去動作が空間的にコヒーレントな方法で行われるように、加熱動作、成形動作、ならびに付加および除去動作中にワークピースを固定する、製造用の空間コヒーレント機械。

【1145】

E４．除去的機械加工要素と、機械加工動作の前にワークピースの降伏強度を低下させるようにワークピースを十分に加熱するように構成された加熱要素とを備え、各要素は、機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている、旋削、ミリング加工、および／またはターンミリング加工機械。

【1146】

E５．加熱要素および成形要素と共に除去的機械加工要素を備えるミリング機械であって、各要素は、ミリング機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている、ミリング機械。

【1147】

E６．加熱要素および成形要素と共に除去的機械加工要素を備える旋削機械であって、各要素は、旋削機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている、旋削機械。

【1148】

E７．加熱要素および成形要素と共に除去的機械加工要素を備えるターンミリング機械であって、各要素は、ミリング機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている、ターンミリング機械。

【1149】

E８．加熱要素および成形要素と共に付加動作を実行するように構成された要素を備える付加製造機械であって、各要素は、機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている付加製造機械。

【1150】

E９．ワークピースに材料を付加するように構成された付加製造要素と、ワークピースから材料を除去するように構成された除去的機械加工要素と、ワークピースに熱エネルギーを付加するように構成された加熱要素と、ワークピースの塑性変形を引き起こす力を加えるように構成されたバルク成形要素とを備え、各要素は、機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されている、製造機械。

【1151】

E１０．チタンまたはチタン合金部品に有利な物理的および／または化学的材料変換を生成する方法であって、
約５００℃～約１５００℃の範囲、好ましくは約８００℃～約１１００℃の範囲、より好ましくは約８５０℃～約９５０℃の範囲の温度に部品を加熱することと、
オレイン酸（約５０～８５％）、リノール酸（約３～２５％）、パルミチン酸（約７～２５％）、ステアリン酸（約０．１～１０％）、およびリノレン酸（約０～２％）を含むトリアシルグリセロールから主に構成され、トリアシルの組み合わせの主な分布率は、順序的にOOO、POO、OOL、POL、SOO、SOLであり、ヒドロキシチロソールおよびチロソールを含むポリフェノールを含む任意の追加の成分を有し、以下の物理的特性を有する天然油混合物であり、１５．５℃で約０．９０～０．９３kg／m^３、好ましくは１５．５℃で約０．９１５～０．９２５kg／m^３の比重、２０℃で約７８～８８mPa．s、好ましくは２０℃で約８０～８６mPa．s、より好ましくは２０℃で約８４mPa．sの粘度、２０℃で約１．７５～２．０５（J／g．℃）、好ましくは約１．９７～２．０２（J／g．℃）、より好ましくは２．０（J／g．℃）の比熱、２０℃で約０．１６５～０．１８０（W／m．K）、好ましくは約０．１７（W／m．K）の熱伝導率、２０℃で約３．０～３．２、好ましくは約３．１の誘電率、２０℃で約９００～９３０kg／m^３、好ましくは約９１３～９１９kg／m^３、より好ましくは約９１６kg／m^３の密度、２０℃で約４～１２×１０^－８m^２／s、好ましくは約５．３～８．３×１０^－８m^２／sの熱拡散率、約２９８～３００℃の海面における沸点、および約１９０～２１５℃の煙点である強化流体を用いて加熱された部品を処理することと、を含む、方法。

【1152】

E１１．加熱要素および成形要素と共に除去的機械加工要素を備える旋削機械であって、各要素は旋削機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成され、
旋削機械は、クラッチおよびブレーキが取り付けられており、スピン溶接動作を行うように構成されている、旋削機械。

【1153】

E１２．成形要素およびワークピースの降伏強度を低減するのにワークピースを十分に加熱するように構成された加熱要素と共に除去的機械加工要素を備え、各要素は、機械内で空間的にコヒーレントな方法で動作するように構成されており、
成形要素は、曲げ動作を実行するように構成されている、旋削、ミリング加工および／またはターンミリング機械。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０３９６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0396】

スピンドルベアリングは、典型的には、所望の方向におけるスピンドルの動きを合理化するボールまたは他の転動体を有するリングまたは一連のリングから構成される。設備および所望の動きに応じて、ベアリングは、軸方向力および半径方向力の両方を伝達および分配しながらスピンドルの動きを制御および促進するように設計することができる。それらは、機械加工ツールスピンドルの負荷圧力、温度、および高速、ならびに成形動作に関連する上昇した負荷に耐えることができなければならない。いくつかの一般的なベアリングタイプは、図２３に示されている。半径方向および軸方向の負荷処理能力は、ベアリング材料、サイズ、タイプ、数、および構成を変更することによって増加させることができる。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０４７１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0471】

公差
SCOFASTの動作およびSCOFAST機械で製造される部品の機械的公差は、表Iおよび表IIに示す機械的公差グレードおよび参照により本明細書に組み込まれる、非特許文献ISO－２８６「Mechanical Tolerance Standards，International Organization for Standardization，Geneva，Switzerland」、２０１０年に記載されている他の公差規格を使用して記述および指定することができる。IT６～IT１８のISO－２８６機械公差グレードを適用する場合、標準公差は、各第５の工程で係数１０で乗算される。この規則は、すべての標準公差に適用され、与えられていないITグレードの値を外挿するために使用され得る。

【国際調査報告】