JPH07502938A - 前駆物質粉末の化合物形成による部品の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 前駆物質粉末の化合物形成による部品の製造本発明は、粉末を選択的に焼結させ て部品を製造するために有向エネルギービーム＜ｄｉｒｅｃｔｅｄ　ｅｎｅｒｇ ｙ　ｂｅａｍ）を用いる方法および装置に関するものである。特に本発明は、複 数の粉末層を順次焼結させて目的部品を積層方式で（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−１ａｙ ｅｒ　ｆａｓｈｉｏｎ）形成する、コンピューター管理レーザー装置に関するも のである。本発明は特に粉末が２以上の結合温度または解１１１１度を有する、 複数の材料からなる粉末を対象とする。

発明の背景 通常の部品製造法に伴う経済性は、一般に製造される部品の量および最終部品の 目的とする材料特性に直接関係する。たとえば大規模製造法によるキャスティン グおよび押出し法は経費的に有効である場合が多いが、これらの製造法は少量品 、たとえば交換部品または原型品の製造には一般に受け入れられない。このよう な一般的な部品製造法の多（は高価な部品固有の成形用具を必要とする。粉末冶 金法ですら粉末を成形するためのダイを必要とし、これは粉末冶金法を少数の部 品の製造法としては魅力かないものにしている。

少数の部品が必要であるにすぎない場合、通常は目的部品を製造するために減法 式（ｓｕｂ　ｔ　ｒａｃ　ｔ　１ｖｅ）機械加工法を伴う一般的製造法が用いら れる。

このような減法式方法においては、材料の出発ブロックから材料を切削除去して 、より複雑な造形品を製造する。減法式機械工具法の例には、フライス削り、孔 あけ、研削、旋盤切断、炎切断、放電機械などが含まれる。これらの一般的な機 械工具による減法式方法は、通常は目的部品の製造に有効であるが、それらは多 くの点で欠陥がある。

第１に、それらの一般的な機械工具による減法式方法は廃棄される大量の屑材料 を生じる。さらにそれらの機械工具法は、通常は適切な機械加工プロトコールお よび工具を設置するために多大な設Ｗ’ｌを伴う。そのため、設置時期は経費が かかるだけでなく、人間の判断および専門知識に大幅に依存する。これらの間顕 はらちるん、少数の部品を製造したいにすぎない場合は悪化する。

これらの一般的機械加工法に伴う他の難点は、工具の摩耗に関するものである− これは交換経費を伴うだけでなく、工具の摩耗にｃＩ！って機械加工の精度も低 下する。一般的機械加工法により製造された部品の精度および許容差に対する他 の限界は、個々の機械工具に固有の許容限界である。たとえば一般的なフライス 盤または旋盤においては、親ねじおよび動面（ｗａｙ）はある許容差にまで加工 され、これがその機械工具により部品を加工する際に得られる許容差を制限する 。

もちろん得られる許容差は機械工具の老化と共に低下する。

これらの一般的な機械工具による減法式方法に伴う最後の難点は、多数の部品形 状を作成するのが困難または不可能なことである。すなわち一般的な機械加工法 は通常は対称的な部品、および外側部分のみが機械加工される部品の製造に最適 である。しかし目的部品が普通の形状でないが、または内部造作を含む場合、機 械加工はより困難になり、製造のために部品をセグメントに分割しなければなら ない場合が極めて多い。多くの場合、その部品に対する工具の配置に課された制 限のため、特定の部品形状は不可能である。たとえば切削工具の寸法および形状 では、目的とする形状のものを製造するためにその工具を到達させることができ ない。

７１［１法的である他の機械加工法があり、たとえばめっき法、クラッド法およ びある神の溶接法は出発支持材に材料が付加されるという点で加法的である。近 年、出発物品に材料を被覆または付着させるためにレーザービームを利用する他 の加法式機械加工法が開発された。−例には、米国特許第４，１１７．３０２； ４゜４７４．８６１．、；４．３００．４７４および４．３２３．７５６号明細 書が含まれる。これらの最近のレーザーの利用は主として予め機械加工された物 品に？ｔＬ膜を付加することに限定されている。しばしばそれらのレーザーｙＩ ｒＩＩ法は、このような１Ｆ１１法によってのみ得られる特定の冶金学的特性の 達成に用いられている。

一般にそれらのレーザー彼国法においては、被膜材料を物品に吹き付けながら出 発物品を回転させ、レーザーは固定された位置に向けられ、これによりレーザー が被膜を物品上に融着させる。

米国特許第４，９４４．８１７．４，８６４．５３８．４，９３８，８１６号お よび国際特許出願公開第８８１０２６７７号（１９８８年４月２１日公開）明細 書−この言及によりこれらすへてかここに引用されるーには、各種の減法式およ び加法式方法がもつ上記制限をもたないＣＡＤデータベースから直接に複雑な部 品を製造する方法が記載されている：これらの新規方法は″選択的ビーム焼結法 “または″選択的レーザー焼結法“と呼ばれるであろう。選択的レーザー焼結法 は部品の原型を作成するのに特に有利であり、それらの部品を次いでインベスト メント鋳造法により、または成形用具を用いて大量生産することができる。

選択的ビーム焼結法を、後続の大量生産部品の原型を製造するためだけでなく、 実際に機械において用いるのに適した部品を製造するためにも利用することが望 ましい。このような実用性のある部品は、その部品およびそれが組み込まれるシ ステムの構造デザインを試験するために有用な原型でもある。さらに最終装置製 品において使用しうる部品を製造することが望ましい。

実際に使用するための部品の材料は、その用途の機械的および温度的な応力要求 条件を満たすのに十分な強度およびインテグリテイ−のものでなければならない 。従って選択的ビーム焼結法により金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉＣ ）およびセラミック（ガラスを含む）の部品を作成することが望ましい。しがし 多くの望ましい金属およびセラミックの粉末は、有向エネルギービーム、たとえ ばレーザービームによる選択的焼結または溶融を現時点では容易には達成し得な いほど高い焼結または溶融温度を有する。

従って本発明の目的は、複数の材料粉末の選ばれた部分にエネルギーを付与する ことによる部品の製造法を提供することであり、その際製造された部品の材料の 特性は粉末中の材料のものと異なる。

本発明の他の目的は、製造される部品の溶融温度は有向ビームが粉末に付与する 温度より高いものである方法を提供することである。

本発明の他の目的は、用いられる材料が金属またはセラミックである方法を提供 することである。

本発明の他の目的は、部品の材料が粉末成分の化合物である方法を提供すること である。

本発明の他の目的は、化学反応を起こさせる後処理を含む方法を提供することで ある。

本発明の他の目的および利点は以下の詳述を図面と共に参照することにより当業 者に明らかになるであろう。

発明のＷ１要 以上に概説した開門は、本発明の方法および装置によって大幅に解決される。

本発明は有向エネルギービーム−たとえばレーザー−を含むものであり、はとん どすへての三次元部品の製造に利用しうる。本発明方法は加法式方法であり、粉 末がターゲット領域内へ計量分配され、ここでレーザーが選択的に粉末を焼結さ せて焼結層を形成する。本発明は、完成部品が形成されるまで層を互いに結合さ せる積層式方法である。本発明方法は特定の種類の粉末に限定されるものではな く、プラスチック、金属、ポリマー、セラミック、ろう、半導体もしくは非晶質 粉末または複合材月粉末に適用しうる。

おおまかには本発明の装置には、部品が製造されるターゲット領域にビームを故 山するための選択性を有するレーザーその他の有向エネルギー源が含まれる。

粉末計量分配システムか粉末をターゲット領域内へ堆積させる。レーザー制御機 構が作動してレーザービームの照準を移動させ、レーザーを変調させて、ターゲ ット領域内へ堆積した粉末の層を選択的に焼結させる。制御機構は、定められた 境界内に分配された粉末のみを選択的に焼結させて部品の目的層を形成すべく作 動する。制御機構は、粉末の層を順次選択的に焼結させて互いに焼結した複数の 層からなる完成部品を製造すへくレーザーを操作する。各層の定められた境界は 部品の各断面領域に対応する。好ましくは制御機構は各層につき定められた境界 を決定するためのコンピューター−たとえばＣＡＤ／ＣＡＭシステム−を含む。

す！ｊわぢ全体的な寸法および形状が与えられるとコンピューターか各層につき 定められた境界を決定し、この定められた境界に従ってレーザー制御機構を操作 する。

あるいはコンビニーターを各層の定められた境界につき最初にプログラムしてお くこ古ができる。

好ましい形態においては、レーザー制御機構はレーザービームをターゲット領域 に指し向けるための機構、およびレーザービーＪ、をオン−オフ変調させてター ケ月・領域内の粉末を選択的に焼結させるための機構を含む。■形態においては 、この指し向は機構（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）はレーザービ ームの照準をターゲット領域の連続ラスター走査により移動させるべく作動する 。

変調機構は、レーザービームの照準が各層につき定められた境界内にある時にの み粉末が焼結されるようにレーザービームをオン−オフ操作する。あるいは指し 向は機構はレーザービームをその層につき定められた境界内にのみ照準させ、こ れによりその層につき定められた境界内にある粉末を焼結させるべくレーザービ ームを連続的にオンにしておくことができる。

好ましい形態においては、指し向は機構が、検流計により駆動される一対のミラ ーを用いてターゲット領域の個々のラスター走査によりレーザービームを移動さ せる。第１ミラーはレーザービームを第２ミラーへ反射させ、これがビームをタ ーゲット領域内へ反射させる。第１ミラーがそれの検流計によりシフト移動する と、レーザービームかターゲット領域内で一般に１方向に移動する。同様に、第 ２ミラーがそれの検流計によりシフト移動すると、レーザービームがターゲット 領域内で＝一般に第２方向に移動する。好ましくは、これらのミラーは第１方向 と第２方向が一般に互いに直角であるように相互に配向される。このような配列 様式により、本発明の好ましい形態であるラスター走査パターンを含めて、ター ゲット領域内でのレーザービームの多数の異なる種類の走査パターンが可能とな る。

本発明の部品製造法には、第１部分の粉末をターゲット表面に堆積させ、有向エ ネルギービーム（好ましくはレーザー）の照準をターゲット表面上で走査させ、 そして第１粉末部分の第１層をターゲット表面で焼結させる工程が含まれる。第 １層は部品の第１断面領域に相当する。粉末はビームの照準が第１層を定める境 界内にある時に有向エネルギー源を作動させることにより焼結される。第２部分 の粉末を第１焼結層上に堆積させ、レーザービームの照準を第１焼結層上で走査 させる。第２粉末部分の第２層はビームの照準か第２層を定める境界内にある時 に有向エネルギー源を作動させることにより焼結される。また第２層の焼結によ り第１ＦＩと第２層が結合して凝集素材（ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｍａｓｓ）となる 。

後続部分の粉末が先に焼結した層上に堆積され、各層が順次焼結される。■形態 においては、粉末がターゲット内へ連続的に堆積される。

好ましい形態においては、ビームの照準がその層の境界内に向けられている時に のみ粉末が焼結されるように、ラスター走査に際してレーザービームがオン−オ フ変調される。好ましくはレーサーはコンピューターにより制御される。コンピ ューターにはＣＡ　Ｄ／ＣＡＭシステムが含まれ、この場合コンピューターに製 造すべき部品の全体的な寸法および形状が与えられ、コンピューターが部品の各 断面領域の境界を決定するうこの定められた境界を用いて、コンピューターは各 層の焼結を部品の断面領域に対応して制御する。他の形態においては、コンピュ ーターは中線に部品の各断面領域の境界につきプログラムされる。

さらに本発明の他の形態には、複数の材料からなり、それら複数の材料が２以上 の解離温度を有する粉末が含まれる。本発明のさらに他の形態においては、粉末 が複数の材料からなり、それら複数の材料が２以上の結合温度を有する。

本明細禽全体において用いられる結合温度には溶融温度、軟化温間および結合塩 度が含まれるが、これらに限定されない。

本発明の好ましい形態すへでにおいて、Ｆ１！数の材料は少なくとも１種類の第 ２材料とブレンドした少なくとも１種類の第１材料、または少なくとも１種類の 第２材料で被覆された少なくとも１４類の第１材料からなる。

以上の一般的記載から認められるように、本発明の方法およびＴｔ置は既知の部 品製造法に付随する問題の多くを解決する。第１に、本発明は原型部品の製造ま たは限定された量の交換部品の製造に好適である。さらに本発明の方法および装 置は、一般的な製造法によっては達成し得ない複雑な形状の部品を作成すること ができる。さらに本発明は、部品の製造に際して得られる許容差に対する制限因 子としての工具の摩耗および機械の設計を排除する。最後にＣＡＤ／ＣＡＭ環境 に組み込まれた本発明の装置を用いると、多数の交換部品をコンピューター内に プログラムすることができ、はとんど設定または人間の介入なしに容易に製造す ることかできる。

本発明による方法は、複数の材料粉末中の成分材料のものと異なる１または２以 上の特性を備えた材料の部品を製造するために利用することもできる。複数材料 粉末の個々の特定の位置に熱エネルギーを付与することにより、そのエネルギー を受けた位置の粉末において化学反応を生じ、安定または準安定な化合物を形成 させることができる。この反応は有向エネルギーが付与されている際に起こるも のであってもよく：あるいは有向エネルギーがその特定の位置において材料を溶 融または焼結させて塊状となし、後続の熱処理により化学反応を起こさせること もできる。この化合物は粉末成分のいずれの特性とも異なる重要な特性、たとえ ばはるかに高い溶融温度を有しうる。その結果、他の場合には選択的なレーザー またはビーム焼結を実施し得ない材料から部品を作成することができる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置の模式図である：図２は、本発明に従って製造される部品 の積層形成の一部を示す模式図であり、ターゲット頭域内におけるレーザービー ムのラスター走査パターンを表す：図３は、本発明のコンピューター、レーザー および検流計間のインターフェイスハードウェアを示すブロック図である：図４ は、本発明に従って製造される例示部品の透視図である。

図５は、図４に示した部品の一部を取り去ったファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）状 の断面図である。

図６は、本発明に従ったデータ測定プログラムのフローチャートである：図７は 、図４の線７−７に沿って得た断面図である。

図８は、図７の層上におけるレーザーの単一掃引と本発明の制御信号との相関を 線図の形で示したものである： 図９は、粉末状材料のブレンドを示す。

図１０は、粉末状の被覆された材料を示す：図１１は、材料ブレンドについての 焼結サイクルの一部を、現在理解されているものに従って示す。

図１，２は、焼結前の堆積した２種類の材料を示す。

図１３および１４は、本発明の別形態に使用しつる２元金属系の相図である。

奸ましい形態の詳細な説明 図面を参照すると、図１は本発明による装置１０をおおまかに示す。おおまかに は装置１０はレーザー１２、粉末ディスペンサー１４、およびレーザー制御手段 １６を含む。より詳細には、粉末ディスペンサー１４は粉末２２を受容するため の、出口２４を備えたホッパー２０を含む。出口２４は粉末をターゲット６Ｍ域 ２６−これは図１においては一般的に拘束構造（ｃｏｎｒｉｎｅｍｅｎｔ　５ｔ ｒｕｃｔｕｒｃ）２８により定められる−へ計量分配すべく配向される。もちろ ん粉末２２を計量分配するためには多数の別形態がある。

レーザー１２のＩ７！５１ｆｆｉ部品は図１においては若干模式的に示され、こ れにはレーザーヘット３０、安全ツヤツタ−３２、およびフロントミラーアセン ブリー３４が含まれる。用いるレーザーの種類は多数の因子に依存し、特に焼結 すべき粉末２２の種類に依存する。図１の形態においては、連続モードの１００ ワツト最大アウトレフト電力により連続またはパルスモートで作動しうるＮｄ　 ：　ＹＡＧレーザ−（レーザーメトリックス９５００Ｑ）を用いた。レーザー１ ２のレーザービーム出力は波長約ＬＯ６０ｎｍを有し、これは近赤外である。図 １に示したレーザー１２は、選択可能節囲約１−４０キロヘルツの内部パルスレ ート発振器、および約６ナノ秒のパルス持続時間を含む。パルス型または連続型 いずれのモードにおいても、一般に図１に矢印で示した通路に沿って走行するレ ーザービームを選択的に発生させるためにレーザー１２をオン−オフ変調するこ とができる。

レーザービームを収束させるために、図１に示すようにレーザービームの走行通 路に沿って発散レンズ３６および収斂レンズ３８が配置される。収斂レンズ３８ を用いただけでは、収斂レンズ３８とレーザー１２間の距離を変更することによ り真の焦点の位置を制御することは必ずしも容易でない。レーザー１２と収斂レ ンズ３８の間に配置された発散レンズ３６は、発散レンズ３６とレーザー１２の 間に虚焦点（ｖｉｒｔｕａｌ　ｆｏｃａｌ　ｐｏｉｎｔ）を形成する。収斂レン ズ３８と虚焦点の距離を変更することにより、真の焦点を収斂レンズ３８便のレ ーザービーム走行通路に沿ってレーザー１２から離れた方へ制御することができ る。近年光学分野で多くの進歩があり、レーザービームを既知の位置に効果的に 収束させる別法が多数得られることが認められている。

より詳細には、レーザー制御手段１６はコンピューター４０および走査システム ４２を含む。好ましい形態においては、コンピューター４０はレーザー１２を制 御するためのマイクロプロセッサ−１およびデータを作成するためのＣＡＤ／Ｃ ＡＭシステムを含む。図［に示した形態においては、その初期属性（ｐｒｉｍａ ｒｙ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）にアクセス可能インターフェイスポート（ａ　ｃ　 ｃｅｓｓｉｂｌｅ　１ｎｔｅｒｆａｃｅ　ｐｏｒｔ）およびマスキング不能な割 込み（ｎｏｎｍａｓｋａｂ！ｅ　１ｎｔｅｒｒｕｐｔ）を生じるフラグライン（ 【ｌａｇ　１ｉｎｅ）が含まれるパーソナルコンピューター（コモドール（Ｃｏ ｍｍｏｄｏｒｅ）６４）を使用する。

図１に示すように、走査システム４２はレーザービーム走行通路の方向を再指示 するためのプリズム４４を含む。もちろん装置１０の物理的レイアウトは、レー ザービームの走行通路を操作するためにプリズム４４または複数のプリズム４４ が必要であるか否かを判定する際に最初に考慮すべきことである。走査システム ４２も、それぞれの検流計４８．４９により駆動される一対のミラー４６．４７ を含む。検流計４８．４９はそれらの各ミラー４６．４７と対をなし、ミラー４ ６．４７を選択的に配向させる。検流計４６．４７はミラー４６．４７が公称上 互いに直角に取り付けられるように、互いに直角に取り付けられる。関数発生器 駆動装置５０は、レーザービーム（図１に矢印で示す）の照準をターゲット領域 ２６内に制御しうるように、検流計４８の移動を制御する（検流計４９は検流計 ４８の移動に連動する）。駆動装置５０は、図１に示すようにコンピューター４ ０に動作可能な状態で（ａｐｅ　ｒａ　ｔ　ｉｖｅ　Ｉｙ）連結している。走査 システム４２として用いるために別の走査法を採用しうろことは自明であろう。

これには音響光学スキャナー、回転式多角ミラー、および共振ミラースキャナー が含まれる。

図面の図２を参照すると、部品５２の一部が模式的に図示され、これは４層５４ −５７を示す。図２において６４占表示されたレーザービー１、の照準は６６に おけるようなラスター走査パターン状に指し向けられる。ここで用いる′照準″ は方向を指示するあいまいな用語と（７て用いられるが、レーザー１２の変調状 態は表さない。便宜上、輔６８を高速走査軸とみなし、一方では軸７０を低速走 査軸と呼ぶ。軸７２は部品形１戊方向である。

図９および［０を参照すると、それにより本発明を（り用して部品を製造しうる 複数の材料からなる粉末が図示される。簡略化のために、これらの図面には２１ 類の材料のみを示す。［２かし当業者に自明のとおり、複数の材料が本発明の粉 末を構成してもよい。

図９は第１材月９０１および第２材料９０２のブレンドを示す。これらの材料は 一般的なブレッド法によるブレンドとして混和される。図１０は材料１００　］ 。

で彼覆された材料１００２を示す。材料１００２は一般的な被覆法により被覆さ れる。

さらに当業者に自明のとおり、図１−０に示す彼覆された材料をブレンドして、 目的とする＋４１１ミツクスを調製することができる。

図１１を参照すると、現在理解されているものとしての焼結サイクルの一部が示 される。ｒｙＪＩＬａは、焼結を生じうるエネルギーを付与する前の材料ブレン ド・を示す。好ましくは粉末素材１１００をＰＡ成する材料は２以上の結合また は解離温度を有する。図１１ｂは、焼結を促進するのに十分なエネルギーを付与 している際の粉末１１００を示す。図１１−ｂは、材料１１０２より低い結合ま たは解離１Ａｌｆを有する材料１１０１を示す。好ましい形態においては、低温 相材料１１０１は材料１１０１の各粒子を囲む領域の粉末素材１１００に溶浸す る。溶浸を促進するために、追７１［１の粉末成分をブレンドに添加することも できる。同様に溶浸および焼結過程を促進するために気相を用いることもできる 。好ましくは目的外の気体を１１１１除するために、または目的とする気体を導 入するために、気相は不活性または活性のいずれであってもよい。図１１　ｃは 、その作用（毛管作用を含むが、これに限定されない）により材料１１０１を粉 末素材１１００に溶浸させる潜在的メカニズムを示す。図１．１ｄは、本発明に おける焼結後の部品を示す。

焼結過程で得られる温度より高い結合または解１ｌｌｌ泪［を有する材料を選ぶ ことができるので、より高い結合または解Ｍ？１ｉｒｆを有する材料は焼結する 必要はなく、その元の構造を維持しうる。特に結晶質材料については、これによ り本発明の選択的ビーム焼結法におけるエピタキシャル生長を制御することがで きる。たとえば、より高い結合または解離温度を有する材料が好ましくは先行す る層からのエピタキシャル生長をもたらす可能性のある特定の構造内に配置され た場合、より低い結合または解離温度を有する材料を結合または解離させるだけ で、より高温の材料はその構造を維持しうる。

粉末として選ばれる材料の選択によって広範な焼結材料を得ることができる。

たとえば導電性材料を好ましくは絶縁性ポリマー材料で被覆して、粉末を調製す る。次いでこの粉末をターゲット領域に分布させる。材料を好ましくは焼結させ 、のちに絶縁材を常法（化学的方法が含まれるが、これに限定されない）により 除去して、導電性の焼結製品を得ることができる。

他の例としては、極度に硬質の材料を本発明により製造することができる。たと えばそれらの極度な硬度のため成形または研削するのが困難である炭化タングス テン／コバルト工具が、炭化タングステン材料をコバルトで？ｍｌして粉末を調 製することにより、または炭化タングステンおよびコバルトをブレンドして粉末 を調製することにより製造される。焼結に際して、付与されたエネルギービーム 下で好ましくはコバルトが溶融し、炭化タングステンへの局所溶浸を生じる。製 造された部品は、好ましくは二次処理−アニーリングが含まれるが、これに限定 されない一部に使用可能な状態となる。

さらに他の例としては、銅およびスズを粉末状で混和することができる。銅より 低い溶融温度を有するスズが焼結に際して銅に溶浸するであろう。

本発明により製造された部品に二次加工を施すこともできる。たとえばスズを焼 結に際して溶融させて銅に溶浸させる場合、後続処理であるアニーリングによっ て固体状態でスズが銅に溶解し、最小の容量変化またはゆがみにおいて青銅が形 成されるであろう。

さらに他の例としては、金属−鉄または鋼が含まれるが、これに限定されない、 −をポリ　（メヂルメタクリレ−１−）　（ＰＭＭＡ）ポリマーで彼覆して粉末 となすことができる。焼結によりＰＭＭＡが流動して金属を結合させる。後続処 理であるアニーリングによってＰＭＭＡが解離し、金属が焼結して、最終部品が 得られるであろう。

この方式でセラミｌり材料を処理することもてきる。たとえばフルオロリン酸塩 ガラス粉末とアルミナ粉末の混合物は、焼結過程でガラスが軟化し、アルミナに ｉ８Ｅするであろう。他の例においては、ケイ酸アルミニウム、ンリカその他の セラミック粉末を多様な方法でポリマーにより被覆することができ、これには噴 霧屹燥法および溶剤ｙ１国法が含まれる。被覆前に界面活性剤を用いてセラミ・ ンク粉末をＴ−備処理することができる。この物質はポリマーによるセラミック のぬれ、およびポリマーへのセラミックの付着を促進することが知られている、 有機シラン化学その他の化学に基づくものであってよい。熱可塑性または熱硬化 性いずれてあっても、セラミック上に彼覆しうるポリマーはすべて結合剤として 使用しうる。一般的材料にはｌ’ＭＭＡ、ポリスチレン、各種エポキシ樹脂配合 物およびフェノールＩＩ１月旨が含まね、る。

粉末中の少なくとも１種の材料が粉末中の他の材料に対比して低い結合または解 １Ｉｌｔ温麿を有する材料の組み合わせはいずれも、本発明による部品の製造が 可能であり、これには金属、セラミックスおよびポリマーが含まれるが、これら に限定されない。

本発明の他の好ましい形態においては、一般的な加熱手段により粉末素材の温間 を高めることができ、これによりエネルギービームは単にエネルギーをわずかに 高めるだけて粉末の素材粉の１つを結合または解離させることができる。

粉末を構成する材料は、各材料のレーザーパーム（図１１ａおよびｌｌｂにおい て矢印で表す）からのエネルギーの選択的吸収につき選ぶことができる。図１１ に示す好ましい形態においては、矢印で表される付与されたビームのエネルギー を材１１１１０１か吸収し、一方、素材粉１１０２はこれより少ないエネルギー を吸収し、これにより素材？’１ｌ１０２が結合または解離する前に素材粉１１ ０１が結合または解離しうる。このエネルギー吸収は材料もしくは１ノーザービ ーム波長のいずれか、または両者の選択により、多数の組み合わせにおいて達成 することができる。

本発明の他の別形態においては、選ばれた部分の粉末に対する有向エネルギービ ームの付与を利用して、粉末中の構成材料の化学反応を行うことができる。この 形態においては、粉末は形成すべき化合物の複数の前駆物質、たとえば元素の混 合物または合金粉末を含有する。この選択的レーザー焼結法における有向エネル ギービームのエネルギーにより、その有向ビームが照射された位置の各粉末層に 素材が形成される。部品は、前記のように粉末をターゲット表面に配置し、層の 選ばれた部分を選択的にレーザー焼結または結合させ、ｍ開方式で部品を成形す る積層法により形成される。この過程が完了した時点で、有向エネルギービーム て照射されなかった部分の粉末は前記のように除去される。

レーザー照射中、°または選択的レーザー焼結後のアニーリングに際して、照射 された位置の前駆物質が相互拡散し、化学反応に基づく新たな相の材料が得られ る。この新たな相は、好ましくは前駆物質のいずれとも有意に異なる特性を備え ている。これらの異なる特性の例には物理的、機械的、摩擦的または電気的特性 が含まれる。

たとえばその意図する用途において高温を受けるはずの部品は、好ましくは高融 点材料で作成される。しかし高融点粉末は、粉末を溶融または焼結させて素材と なすのにはレーザーパワーが一般に不十分であるため、選択的レーザー焼結法に 用いるのには不適当である。本発明のこの形態によれば、それから部品を製造す べき高融点材料は前駆物質の配合物であり、それらのうちの１種が比較的低い融 点を有する。

たとえば高融点を有する化合物Ａ、Ｂ、を選ぶことができ、その際元素成分Ａお よびＢは混合粉末状で存在しつる。化合物の成分に若干の固溶解性がある系−そ の場合ｍおよびｎは整数ではない−についてもこの方法を適用しうろことに注目 すべきである。化合物Ａ、肌の選択に際しては、ある種の考慮が重要である。第 １に、レーザー（または他の有向エネルギービーム）のパワー性能が、低い方の 融点を有する材料を溶融させることができ、一方では高い方の融点を有する材料 を溶融させないものとなるように、少なくとも２欅の前駆物質元素ＡおよびＢの 融点に有意差がなければならない。レーザーは低融点粉末を溶融させるために要 求される熱的パワーをすべて供給する必要はないことを留意すべきである。粉末 の周囲温度を低い方の融点付近に維持することができ、従ってレーザーパワーは 照射位置の低融点前駆物質を溶融させるのに十分であり、ただし非照射位置のも のは溶融させないものである。第２に、目的特性（たとえば高い融点）を備えた 、前駆物質の化合物Ａ、Ｂ、が存在しなければならない。第３に、時間的に有効 な様式で化学反応を実施しうるために、反応速度を制限する前駆物ｉ！を種が他 の前駆物質元素および上記化合物中への高い化学拡散性を備えていることが望ま しい。第４に、全体積のうち低融点前駆物質の体積分率が有意であり、好ましく は２５−７５％であって、溶融前駆物質が非溶融前駆物質に十分に溶浸して高密 廣部品が得られることが望ましい。

一般に本発明のこの形態による単相二元化合物Ａ、Ｂ、は下記の反応により得ら れる。

ｍＡ　＋　ｎＢ　−Ａ、Ｂ、ｌ あるいは成分である前駆物質の１種を過剰量用いて、２相生成物を得ることがで きる。たとえば過剰量の前駆物質Ａを用いると、下記の反応が起こる：（ｍ＋ｏ ）Ａ　＋　ｎＢ　−＝　Ａ、Ｂ、＋　ｏＡある系につき２種の化合物が存在する 場合、粉末中の前駆物質の量を適切に制御することにより下記の反応に従って２ 化合物相を含む生成物を製造しうる：（ａｍ＋βｏ）Ａ　＋　（ａｎ＋βｐ）Ｂ 　−ａＡ、Ｂ、＋　βＡ、Ｂ。

図１３は、本発明のこの形態により形成しうる二元化合物の第１の好ましい例に ついての相図である。図１３の相図はニッケルおよびスズの各種混合物の融点を 示す。元素状のニッケルとスズの融点はかなり大幅に異なり、元素状スズの融点 が２３１．８℃であることを留意すべきである。高い融点を有するニッケルとス ズの金属間化合物が存在することも留意すべきである；たとえばＮｉ５Ｓｎｘの 融点は１２６０℃のオーダーである。

本発明のこの形態によれば、選択的なレーザー焼結を受ける粉末にはニッケルと スズの混合物が含まれ、この混合物は好ましくはほぼ４０％ニッケルおよび６０ ％スズ（原子％）を含有する。前記の様式で、積層式選択的レーザー焼結法によ り部品を成形する。好ましくは２５ワプト以上のオーダーの電力を有する一般的 レーザー、たとえばＣ０２またはＹＡＧレーザーが有向エネルギービームを供給 する。選択的レーザー焼結に際して、粉末は好ましくは非酸化性雰囲気、たとえ ば窒素中に置かれるか６またはニッケルおよびスズ粉末をブランクス、たとえば 塩化亜鉛で被覆することにより粉末の酸化を抑制することができる。同様に選択 的レーザー焼結に際して、粉末の周囲温度をたとえば１９０℃のオーダーの温度 に高めることが好ましい。これらの条件によりスズが溶融し、はぼ前記の図１１ ０に示した様式でニッケルの粉末粒子に溶浸する。層が冷却した時点で（溶融部 分から遠ざかるレーザービームの連動と共に開始する）、スズは再凝固し、再凝 固したスズ内におけるニッケル粉末粒子の固体素材が形成される。次いで、目的 部品が作成されるまで後続の層が同様に加工される。後続層内のスズの溶融には その部品断面を先行層の断面に結合させる作用があり、従って凝集素材が積層方 式で形成されることに注目すべきである。

部品が銭形されたのち、素材は非溶融粉末を除去した際にその形状を維持するの に十分な構造保全性を有する。次いで部品を、たとえば８５０℃で８時間、好ま しくは不活性雰囲気中でアニーリングする。このアニーリングに際してニッケル およびスズ原子が相互に拡散し、化学的に反応して金属間化合物Ｎ１５Ｓｎｒを 形成する。アニーリングのｍ期段階でスズの融点を越える温度において、スズの 再溶融により部品の未処理強度の損失が起こる可能性がある。アルミナなどの材 料で作成された型で部品を包むことにより、部品はこのアニーリングに際してそ の形状を維持することができる。あるいは、金属間化合物の形成が開始するのに 十分な期間の低温（たとえばスズの融点より低い）アニーリングから開始し、続 いてより急速に処理を完了するための高温アニーリングを行うことによって、ア ニーリングを段階的に実施してもよい。

再び図１３を参照すると、この化合物の融点は１２６０°Ｃのオーダーである。

化合物Ｎ１５Ｓｎｚの高い融点は、選択的レーザー焼結の状況におけるレーザー 照射によっては実際に達成することができず、この方法で用いる２５ワツトＣＯ ２レーザーによってはいっそうｉｌＤＭし得ないことを留意すべきである。本発 明のこの形態の結果、低温法によって高融点材料の部品を成形することかできる 。従ってこの方法は選択的レーザー焼結法を適用しつる材料の節回を拡大し、耐 熱化合物、たとえば金属間化合物Ｎｉ５Ｓｒ＋ｚを包含する。この材料で作成さ れた部品はポリカーボネート、プラスチックその他の低温材料で作成された部品 よりはるかに熱的および機械的条件に耐えうるので、これらの部品はその部品を 組み込んだ装置、および実際の最終装置に取り付けた常法により作成された部品 の強度または機能性の試験などの用途に使用しうる。

図１４には、本発明のこの形態による方法に用いるのに適した他の金属間化合物 系、すなわちニッケルおよびアルミニウムの二元系についての相図を示す。目的 とするこの系の二元金属間化合物は１６３８℃の融点を有するＮｉＡｌである。

ＮｉＡｌは極めて高い温度に耐えることができ、一方では酸化および腐食に対す る向上した強閲および良好な抵抗性を維持するため、宇宙空間などにおける用途 にとって魅力的な材料であることを留意すべきである。この系につき、有向エネ ルギービームにより照射される粉末混合物は好ましくは５０％アルミニウムおよ び５０％ニッケル（原子％）であり、有向エネルギービームは選ばれた頭載の粉 末を少なくとも６６０℃のｆｆｌ［に加熱してアルミニウムを溶融させなければ ならない。先の例の場合と同様に、冷却する際に溶融アルミニウムはその層の目 的位置において固体ニッケル粉末粒子を結合させて塊状となす：後続の各層も同 様に処理されて、部品を形成する。処理後の高温アニーリングにより、極めて高 い融点を有する金属間化合物ＮｉＡｌが生成するであろう。ＮｉＡｌの融点はい ずれの前駆物質元素のものより高いことに注目すべである。

上記方法は二１ケルーアルミニウム系の他の魅力的な宇宙空間用化合物であるＮ １ａＡＩの製造にも利用しうる：この金属間化合物に用いる粉末混合物は２５％ アルミニウムおよび７５％ニッケル（原子％）を含有するであろう。さらに、２ ５−５０％のアルミニウムを含有する粉末混合物を用いて、熱アニーリングに際 して２を目材料、すなわちＮ１５Ａｌ−ＮｉＡｌを製造することができる。たと えば粉末が３５％アルミニウムおよび６５％ニッケル（原子％）の混合物である 場合、本発明のこの形態に従って製造された部品は、平衡条件が成立した場合に は２相材料Ｎ１５ＡＩ　ＮｉＡｌであろう。

高温金属間化合物を形成し、上記に述べた低温での選択的レーザー焼結による銭 形に適していると考えられる他の候補二元系には、下記のものが含まれる（それ らに限定されない）・Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｔｈ、Ａｌ−Ｔｉ、ＡＩ−Ｙ、Ａｌ− Ｙｂ、Ａｌ−Ｚｒ、Ｂ１−Ｌａ、Ｂ１−Ｎｄ、Ｂｉ−Ｙ、Ｂ１−Ｚｒ、Ｃａ−３ ｉ、Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｗ、Ｆｅ−Ｔｉ、Ｇｄ−Ｐｂ、Ｇｄ−Ｒｕ、Ｇｅ−Ｈ「 、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｒ、Ｍｎ−３ｉ、Ｎｂ−８ｎ、Ｐｄ−３ｎＳＰｄ−Ｔ１ 、Ｐｄ−Ｔｌ、Ｐｄ−Ｚｒ、Ｐｒ−３ｎ、５ｉ−Ｔｉ、５ｎ−Ｚｒ、Ｔｅ−Ｚｎ 、Ｔｈ−ＺｎおよびＹ−Ｚｎ、本発明のこの形態に適した特性を備えたセラミッ ク系には、ＬａｚＯｌ　ＢｚＯｓ、Ｂ　ｉ　２０３　Ｌ　ａ　２０３、Ｂ　ｉ　 ２０３　Ｎ　ｂ　２０１．およびＶｚＯｂ−Ａ　１ｚｏｓが含まれる。他の二元 系、ならびに三元、四元およびよりいっそう［１な金属およびセラミックス（ガ ラスを含む）の化合物系も、前駆物質を有向エネルギービームで照射することに より化学反応が可能となる本発明のこの形態による方法に有用であると考えられ る。

さらに、有向エネルギービームによる照射に際して化合物が生成し、これにより 部品の後続アニーリングの必要なしに前駆物質と異なる特性を備えた材料から部 品を成形しうろことが考慮される。化学反応が起こるためには、もちろん反応ｉ ！ｉｆは選択的レーザー焼結のために定められた期間内に前駆物質粉末から化合 物への転化か起こりうるちのであることが必要である。照射ビームに隣接する非 照射部分の粉末までも溶融、焼結または他の熱による結合を受けるのは望ましく ないので−これにより部品の解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が損なわれるであ ろう−、有向エネルギービームが粉末の特定の位置に滞在しつる期間は恐らく粉 末の熱伝導により制限されるであろうということを留意すべきである。

有向エネルギービームを供給する代わりに、粉末層の選ばれた部分にエネルギー を供給するための他の方法も、前記の様式で部品を成形するのに必要な溶融また は反応を起こさせるのに十分であろうということを留意すべきである。たとえば 粉末に近接してマスクを付与し、これを通して、光源からのエネルギーを受容す べく選ばれた部分の粉末に光源を投射することができる。粉末表面の選ばれた部 分に熱エネルギーを供給するための他の方法も同様に適用しうる。

図１２を参照すると、さらに他の好ましい形態においては、好ましくは材料１２ ０１が表面１２００に堆積され、次いで材料１２０１上に焼結前に材料１２０３ が堆積される。材料１２０１と１２０３は、異なる結合または解離温度を有する ことが奸ましい。

操作 本発明の基本概念は部品を積層方式で形成することである。すなわち部品は慢数 の別個の断面領域であって、これらが累積して部品の三次元形状を構成すると考 えられる。別個の断面領域それぞれは特定の二次元境界をもち、もちろん各領域 が独自の境界をもつものであってもよい。

本方法においては、粉末２２をターゲット領域２６内に堆積させ、レーザービー ム６４によって選択的に焼結させて第１焼結層５４を作成する（図２）。第１焼 結層５４は目的部品の第１断面領域に相当する。レーザービームは特定の境界領 域内に堆積した粉末２２のみを選択的に焼結させる。

もちろん粉末２２を選択的に焼結させる別法がある６　１方法は、ビームの照準 を“ベクター″方式で指し向けることである。すなわち、ビームは実際に目的部 品の各断面領域の輪郭および内部を掃引する。あるいはビーム６４の照準を反復 パターンで走査し、レーザー１２を変調させる。図２においては、ラスター走査 パターン６６が用いられ、これは主としてその用具の単純さにおいてベクターモ ートより優れている。他の可能性は、ベクター走査法とラスター走査法を併用し 、これにより層の目的境界をベクターモードで掃引し、内部をラスター走査モー ドで照射することである。もちろん選ぶ方法に伴う条件がある。たとえばラスタ ーモードはベクターモードと比較して、ラスタービーム６４のラスターパターン ６６の軸６８．７０に平行でない弧および線は近似にすぎないという点で不利で ある。従ってラスターパターンモードにより製造する際には、場合により部品の 解像度が低下する。しかしラスターモードは用具の単純さにおいてベクターモー ドより有ｆりである。

図１を参照すると、レーザービーム６４の照準はターゲット領域２６内で連続ラ スターパターンにおいて走査される。おおまかには、駆動装置５０がラスターパ ターン６６を形成すべく検流計４８．４９を制御する（図２参照）。ミラー４６ のシフト移動がレーザービーム６４の高速走査軸６８の照準の移動を制御しく図 ２＃照）、一方ミラー４７の移動がレーザービーム６４の低速走査軸７０の照準 の移動を制御する。

ビーム６４の現在位置は駆動装置１Ｆ５０を通してコンピューター４０へフィー ドバックされる（図３参照）。後記に詳述するように、コンピューター４０はそ の時点で形成される目的断面領域に関連する情報を保有する。すなわち自由な（ １ｏｏｓｅ）粉末２２の一部がターゲット領域２６内へ計量分配され、レーザー ビーム６４の照準がその連続ラスターパターンで移動する。ラスターパターン６ ６に目的間隔のレーザービームを選択的に生じるべく、コンピューター４０がレ ーザー１２を変調させる。こうしてレーザー１２の有向ビームがターゲット領域 ２６内の粉末を選択的に焼結させて、定められた境界を有する目的の断面領域を 含む目的の焼結層を形成する。このプロセスが層毎に反復され、個々の層が互い に焼結して凝集部品、たとえば図２の部品５２が製造される。

操作に際しては、粉末２２中の他の材料に対比して粉末中の選ばれた材料による エネルギー吸収がより高くなるように、レーザー１２の波長を変更することがで とる。操作に際しては、近接した寸法許容度、構造保全性および要求される機械 的挙動を含めたーただしこれらに限定されない一特性を備えた焼結製品を製造す べくブレンドされた、被覆された、または他の組み合わせの粉末を選ぶことが会 子ましい。

インターフェイスハードウェアがコンピューター４０をレーザー１２および検流 計４７．４８と動作可能な状態で接続する。コンピューター４０の出力ポート（ 図１および３参照）は、レーザー１２を選択的に変調すべくレーザー１２に直接 に接続される。パルスモートで操作する場合、レーザー１２はレーザーのパルス ゲート入力へのディジタル人力によって容易に制御される。検流計４８は、コン ビ」−ター４０からのいかなる制御（：号にも関係なく高速走査軸６８にビーム を駆動すべく、関数発生器駆動装置５０により駆動される。しかし検流計４８カ ・らの位置フィードバック信号が図３に示すように電圧コンパレーター７４ヘフ イートされる。コンパレーターへの他方の入力端は、コンビコーター４０のユー ザーポートの最下位６ヒント（ｌａｅｓｔ　５１ｇｎ１ｆｉｃａｎｔ　ｓｉｘ　 ｂｉｔｓ）（ピノｔ□０−５）を指示するディンタル−アナログ変換器７６に接 続される。図３に示すように、電圧コンパレーター７４の出力側はコンピュータ ー４０のユーザーポートのフラグラインに接続される。検流計４８からのフィー ドバック信号がディンタル−アナログ変換器７６からの信号と交差すると電圧コ ンパレーターｈ〈Ｆ、１定した場合、フラグラインは下降し、マスキング不能な 割込みを生じる。後記のように、マスキング不能な割込みはコンピューター４０ のユーザーポートに次バイトのデータを生じさせる。

最後に、図３に示すようにレーザービーム６４の低速走査軸７０の照準を駆動さ せる検流計４９は第２のディジタルアナログ変換器７８により制御される。ディ ンタルアナログ変換器７８は、高速走査軸６８におけるビーム６４の照準の各掃 引と共に増加するカウンター７９により駆動される。この８バイトのカウンター は、高速走査軸６８における２５６回の走査後にオーバーフローして新たなサイ クルのラスター走査パターンロ６を開始すへく設計されている。

好ましくは各ラスターパターン６６に対する制御情報（すなわち定められた断面 領域の境界）データは、製造すべき部品の全体的寸法および形状が与えられたＣ ＡＤシステムにより決定される。プログラムされたもの、または誘導されたもの のいずれであっても、各ラスターパターン６６に対する制御情報データは一連の ８ビツトワードとしてコンピューターメモリーに１己憶される。データフォーマ ットは、ビーム６４の照準が走行するラスターパターン６６に沿った距離に対す るレーザー１２の″オフおよび′オフ“領域のパターンを表す。データは、レー サーが変調される（すなわちオンからオフへ、またはオフからオンへ変換される ）各ラスター走査パターン６６に沿った距離を表す″　トグルポイント（ｔｏｇ ｇｌｅ−ｐＱｉｎｔ）″フォーマットに記憶される。′ビットマツプ（ｂｉｔｍ ａｐ）“フォーマットを採用しうるが、トグルポイントフォーマットの方が高解 像麿部品の製造には有効であることが認められた。

各８ビツトワードについては、最下位６ビツト（ビット０−５）は次トグルポイ ント位置−すなわちレーザー１２の変調のための次の位置を表す。次ビット（ビ ット６）は、最下位６ビツトにおいて同定されたトグルポイントの直前において レーザーがオンまたはオフのいずれであるかを表す。最上位ビット（ｍｏｓｔｓ ｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｂｉｔ）（ＭＳＢまたはビット７）は、ビーム６４の照 準の低速走査軸７０をルーピング（ｌｏｏｐｉｎｇ）および制御するために用い られる。コモドール６４が有するメモリーは限定されているので、ルーピングが 必τであったーより大きなメモリーを備えたコンピューター４０にはルーピング が不必要であると解される。

図６は、データ測定プログラムに関するフローチャートを表す。このデータ測定 プログラムは、フラグラインが下降してマスキング不能な割込みを引き起こした 場合は常に作動する（図３参照）。この割込みは、コンピューター４０のマイク ロプロセッサ−に、プログラム制御が割込みに際して伝達されるメモリー位置を 指示する２バイト割り込みベクターを検索させる。図６に示されるように、デー タ測定プログラムはまずレンスターを堆積物上に押しつけ、次いで次／くイトの データをアキュムレーターにロードする。このデータワードはレーザー１２を変 調するために用いた第６ビノ１−によるユーザーボートへの出力でもある（図３ 参ｆｆ＜Ｉｔ）。

図６に示されるように、アキュムレーター中のデータワードの最上位ビット（Ｍ Ｓ　Ｂまたはビット７）が検査される。最を位ビットの値が１である場合、それ はループの末端に達していないことを意味する。従ってデータポインターを増加 させ、レジスターを堆積物から再記憶させ、そしてデータ測定プログラムをエフ ジットさせ（ｅｘｉｔ）、制御を割込み位置のマイクロプロセッサ−に戻す。ア キュムレーターの最上位ビｙトがゼロである場合、データワードはループの最終 ワードである。データワードがループの最終ワードである場合、メモリーの次ビ ットはループカウンターであり、後続の２バイトはループの最−ヒ位を指示する ベクターである。図６から分かるように、最上位ビットがゼロである場合（ルー プの最後）、ループカウンター（次ビット）を減少させ、そして分析する。ルー プカラ〉ターがなおセロより大きい場合、データポインターはループカウンター 後の次の２メモリーバイトからの値をとり、レジスターは堆積物から引き離され 、そしてプログラム制御は劃込み位置に戻る。他方、ループカウンターがゼロで ある場合、データポインターは３だけ増加され、ループカウンターはプログラム からエクジソトする前に１０にリセットされる。コンピューター４０のメモリー サイズが適切である場合はこのようなルーピングの必要性は除かれることが分か る。

実施例 図４および５に例示部品５２を示す。図面から分かるように、例示部品５２はズ ｊ称的でないという点で異例の形状をとり、一般的な機械加工法により作成する ことは困難であろう。参考のために、部品５２は内側キャビティ８２およびキャ ピテイ８２内に配置された支柱（ｐｉ　ｌ　ｆａｒ）８４を含む外側ベース構造 ８０をイイする（図４参照）。図５は、図１に示したターゲット類＠２６を定め る拘束構造２８内の部品５２を示す。図５に示すように、若干の粉末は自由であ り、一方残りの粉末は選択的に焼結されて部品５２の構造を構成している。図５ は部品５２の焼結した凝集部分を示すために、一部を取り去り、ファントム状に 輪郭をとった垂直断面で示される。

図７は、図４の１１７−７に沿って得た水平断面領域を示す。図７は、製造され る部品の断面領域に伴う別個の層８６を表す、図７の焼結！８６は、図２に示し た単一ラスターパターン６６の生成物である。

参考のため、焼結Ｆ１８６を通る掃引線を′Ｌ′と表示した。図８は掃引しに際 してのソフトウェアおよびハードウェアインターフェイス操作を表す。最上部の グラフは、高速軸検流計４８からのフィードバック信号および第１ディジタル− アナログ変換器７６の出力信号の位置を示す（図３と対比）。電圧コンバレー・ ターフ４は、フィードバック（ご号と第１Ｄ／Ａ出力信号が交差する度にコンピ ューター４０のフラグラインへの出力信号を発生する。

図８の最上部のグラフにおいて、これらの地点はトグルポイントを表すためにＴ と表示される。図８の最下部のグラフから分かるように、フラグラインは各トグ ルポイントＴに対応するマスキング不能な割込みを生じる。各データワードの第 ６ビツトを分析すると、レーザー１２の現在の状態がこの数値を反映するであろ う。図８の最後から２番目のグラフは、図７の掃引ｌ！Ｌに対するレーザー変調 信号を示す。図８の２番目のグラフは、高速走査軸６８におけるレーザービーム ６４の照準の各掃引の終了時に最上位ビットの上昇’Ｍ　（ｈ　ｉｇｈ−ｇｏ　 ｉｎｇｅｄｇｅ）に遭遇することを示す。図３および６に示すように、カウンタ ー７９が上昇端において増加し、低速軸検流計４９を駆動すべく第２ディジタル −アナログ変換器７８へ信号を発する。

図面に示した例から分かるように、複雑な形状の部品を比較的簡単に製造するこ とができる。図４に示した部品５２を一般的な機械加工法により製造するのが困 難であることは当業者には自明であろう。特に部品５２が比較的小さなサイズの ものである場合、機械工具による到達はキャビティ８２および支柱８４の加工を たとえ可能であるとしても製造困難なものとするであろう。

この到達の問題が避けられるほか、製造精度は一般的機械工具に見られるような 機械工具の摩耗および機械部品の精度に依存しないことは自明であろう。すなわ ち本発明の方法および装置により製造された部品の精度および許容差は主として エレクトロニクス、オブティクスおよび実行するソフトウェアの宵の関数である 。もちろん熱伝達および材料要件は得られる許容差に実際に影響を及ぼす。

一般的な機械加工法がかなり人間の介入および判断を必要とすることは当業者に は自明であろう。たとえば一般的な機械加工法、たとえばフライス削りは、工具 の選択、部品のセグメント化、切断順序などの決定を行うために創造力を必要と するであろう。これらの決定は、テープ制御式フライス盤に用いる制御用テープ を作成する際にいっそう重要になるであろう。これに対し、本発明の装置は製造 すべき部品の各断面領域に関するデータを必要とするにすぎない。これらのデー タを単にコンピューター４０にプログラムしておくことができるが、コンピュー ター４０がＣＡＤ／ＣＡＭシステムを含むことが好ましい。すなわちコンピュー ター４０のＣＡＤ／ＣＡＭ部分に製造すべき目的部品の全体的寸法および形状が 与えられ、コンピューター４０は部品の別個の断面領域それぞれに対する境界を 決定する。従って部品の情報の膨大な一覧表を記憶し、選択的にコンピューター ４０へ７什−トすることができる。装置１０は設定期間、部品固有の成形用具、 または人間の介入なしに、特定の部品を製造する。粉末冶金法および一般的キヤ スティング法に付随する複雑かっ高価なダイか避けられる。

大量生産の実施およびある種の部品材料特性については一般的加工法を用いて行 うのが最も有利であるかも知れないが、本発明の方法および！置は多くの状況に おいて有用である。特に原型模型およびキャスティングパターンは容易かつ安価 に製造される。たとえば砂型鋳造、ロストワックス鋳造その他の成形法に用いる ためのキャスティングパターンを容易に作成しうる。さらに、目的量が極めて少 ない場合、たとえば旧式の交換部品については、本発明の装！１０を用いてそれ らの交換部品を製造することには多くの利点がある。最後に、製造設備の大きさ が主な拘束である場合、たとえば船上または宇宙においては、装置１０の採用が 有用であろう。

本発明の装置の他の修正および変更された形態は、以上の記載がらみで当業者に 自明であろう。従ってこの記載は説明のためのものにすぎず、当業者に本発明を 実施する方法を教示するためのものである。ここに示され、記載された本発明の 形態は現時点で好ましい形態であると解すべきである。部品の形状、寸法および 配列において各種の変更をなしうる。たとえば元素または材料をここに示され、 記載されたものと交換し、部品を逆転させ、本発明のある特色を他の特色の採用 と独立して採用することができ、これらはすべて本明細書の記載から当業者に自 明であろう。

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Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．部品の製造方法において、 粉末をターゲット表面に堆積させ、該粉末は第１および第２材料からなり；部品 の断面領域を定めるべく選ばれた部分の粉末を加熱し；そして部品の該断面領域 内の第１および第２材料を反応させて、第１および第２材料の化合物を形成する ことを含む方法。
2. ２．加熱工程が粉末を第１材料の融点と第２材料の融点の間の温度に加熱するも のである、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．該化合物の融点が第１材料の融点より高い、請求の範囲第２項に記載の方法 。
4. ４．該化合物の融点が、選ばれた部分の粉末を加熱工程において加熱する温度よ り高い、請求の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．さらに 加熱工程後に第２層の粉末を堆積させ：そして部品の第２断面領域を定めるべく 選ばれた部分の第２層の粉末を加熱することを含む、請求の範囲第１項に記載の 方法。
6. ６．反応工程が、 第２層の粉末を加熱する工程ののち、部品の定められた断面内に含まれない部分 の粉末を除去し；そして 除去工程後に部品を加熱する ことよりなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．反応工程が加熱工程の間で行われる、請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．加熱工程が、 選ばれた部分の粉末にエネルギービームを指し向けることよりなる、請求の範囲 第１項に記載の方法。
9. ９．指し向け工程が、 選ばれた部分の粉末にレーザービームを指し向けることよりなる、請求の範囲第 ８項に記載の方法。
10. １０．第１材料がスズよりなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
11. １１．第２材料がニッケルよりなる、請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．第２材料がニッケルよりなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
13. １３．第１材料がアルミニウムよりなる、請求の範囲第１２項に記載の方法。
14. １４．第１および第２材料が金属である、請求の範囲第１項に記載の方法。
15. １５．第１および第２材料がセラミックスである、請求の範囲第１項に記載の方 法。
16. １６．反応工程により形成される化合物が安定な化合物である、請求の範囲第１ 項に記載の方法。
17. １７．反応工程により形成される化合物が準安定な化合物である、請求の範囲第 １項に記載の方法。
18. １８．粉末をターゲット表面に堆積させ、該粉末は第１および第２材料からなり ； 部品の断面領域を定めるべく選ばれた部分の粉末を加熱し；そして部品の該断面 領域内の第１および第２材料を反応させて、第１および第２材料の化合物を形成 する 工程を含む方法により製造された部品。
19. １９．加熱工程が粉末を第１材料の融点と第２材料の融点の間の温度に加熱する ものであり； かつ該化合物の融点が、選ばれた部分の粉末を加熱工程において加熱する温度よ り高い 請求の範囲第１８項に記載の部品。
20. ２０．該方法がさらに 加熱工程後に第２層の粉末を堆積させ；そして部品の第２断面領域を定めるべく 選ばれた部分の第２層の粉末を加熱することを含み； かつ反応工程が、 第２層の粉末を加熱する工程ののち、部品の定められた断面内に含まれない部分 の粉末を除去し；そして 除去工程後に部品を加熱する ことよりなる、請求の範囲第１８項に記載の部品。
21. ２１．反応工程が加熱工程の間で行われる、請求の範囲第１８項に記載の部品。
22. ２２．第１および第２材料が金属である、請求の範囲第１８項に記載の部品。
23. ２３．該化合物が第１材料の融点より高い融点を有する金属間化合物である、請 求の範囲第２２項に記載の部品。
24. ２４．第１および第２材料がセラミックスである、請求の範囲第１８項に記載の 部品。