(57)【要約】      （修正有）【課題】造形材料の照射が改善され、特に物体の異なる構造又は部分の要件を考慮することができ、製造時間を短縮することができる、三次元物体を付加製造するための装置の操作方法を提供する。【解決手段】エネルギービーム（４）によって固化させることができる造形材料の層の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体（２）を付加製造するための装置を操作する方法であって、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層（７）の少なくとも一部が照射され、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層（８）の少なくとも一部が照射され、前記少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び前記少なくとも１つの第２の照射パラメータが、前記少なくとも２つの層（７、８）に対して異なる方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム（４）によって固化させることができる造形材料（３）の層の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）を操作する方法であって、
少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層（７）の少なくとも一部が照射され、
少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層（８）の少なくとも一部が照射され、
前記少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び前記少なくとも１つの第２の照射パラメータが、前記少なくとも２つの層（７、８）に対して異なる、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
照射パラメータが物体（２）の輪郭の位置（１０、１１）を含み、
前記輪郭が少なくとも２つの層（７、８）に対して異なるように配置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも第１の層群及び第２の層群が形成され、
各群が少なくとも１つの層を含み、
前記第１の層群が少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて照射され、
前記第２の層群が少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて照射される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の層群及び前記第２の層群が、事前定義されたパターンで、特に交互に、物体（２）上に分布している、
ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の層群が物体（２）の偶数の層（７、８）を含み、前記第２の層群が奇数の層（７、８）を含み、
又はその逆も可能である、
ことを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の層群及び／又は前記第２の層群が、少なくとも２つの連続する層を含む、
ことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部が、第１のエネルギー入力により第１の位置に照射され、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分が、第２のエネルギー入力により第２の位置に照射され、
前記第１のエネルギー入力と前記第２のエネルギー入力、及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部が、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第１のパラメータセットを用いて、第１の位置に照射され、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分が、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第２のパラメータセットを用いて第２の位置に照射され、
前記第１のパラメータセットと前記第２のパラメータセット及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
エネルギービーム（４）によって固化させることができる造形材料（３）の層（７、８）の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）であって、
前記装置（１）が、前記エネルギービーム（４）を生成し、かつこれを造形材料（３）の層が付着される造形面を横切って誘導するように適合された照射装置（５）を含み、
前記照射装置（５）が、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層（７）の少なくとも一部を照射し、及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層（８）の少なくとも一部を照射する、ように適合され、
前記少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び前記少なくとも１つの第２の照射パラメータが、前記少なくとも２つの層（７、８）に対して異なる、
ことを特徴とする、装置。
【請求項１０】
照射パラメータが物体（２）の輪郭の位置を含み、
前記照射装置（５）が、前記輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層（７、８）に対して異なるように位置決めするように適合されている、
ことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記照射装置（５）が少なくとも第１の層群及び第２の層群を形成するように適合され、
各群が少なくとも１つの層を含み、
前記照射装置（５）が、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて前記第１の層群を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて前記第２の層群を照射するように適合されている、
ことを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記照射装置（５）が、前記第１の層群及び前記第２の層群を事前定義されたパターンで、特に交互に、物体（２）上に分布させるように適合されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の層群が物体（２）の偶数の層（７、８）を含み、前記第２の層群が奇数の層（７、８）を含み、
又はその逆も可能である、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記照射装置（５）が、
前記第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部を、第１のエネルギー入力により第１の位置に照射し、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、第２のエネルギー入力により第２の位置に照射する
ように適合され、
前記第１のエネルギー入力と前記第２のエネルギー入力、及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記照射装置（５）が、
第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部を、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第１のパラメータセットを用いて、第１の位置に照射し、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第２のパラメータセットを用いて第２の位置に照射する
ように適合され、
前記第１のパラメータセットと前記第２のパラメータセット及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元物体を付加製造するためのそのような装置及びそれを操作するための方法は、先行技術から一般に知られている。通常、造形材料、例えば金属粉末は造形面に付着され、造形材料を選択的に固化させて連続的に三次元物体を形成するために、エネルギービームを介して選択的に照射され得る。
【０００３】
さらに、エネルギービームのパワー又は強度のような照射パラメータの調整に関してしばしば妥協が求められることが先行技術から知られている。物体の異なる部分が異なる性質を示し、又は中心部分又はシェル部分、線条構造及び類似物のような物体の異なる部分の表面品質又は固化挙動のような、物体の異なる部分について異なる性質が望まれるので、異なる照射パラメータが必要とされる。典型的には、照射パラメータは、物体のすべての異なる構造又は部分を照射することができるように調整される。したがって、物体の様々な部分又は構造の照射は、個々の部分に対する最適パラメータに基づいて行われないが、調整された照射パラメータは個々の要件間の妥協点である。
【０００４】
あるいは、物体の各部分又は構造について、個々の（最適な）照射パラメータを造形材料に使用することが知られているが、不利なことには、物体の各部分又は構造に個々の照射パラメータで照射しなければならないので、全体の製造時間が長くなり、したがって、物体の個々の構造及び／又は部分は、同じ照射工程で、すなわち同じ照射パラメータに基づいて生成される同じエネルギービームで照射することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、造形材料の照射が改善され、特に物体の異なる構造又は部分の要件を考慮することができ、製造時間を短縮することができる、三次元物体を付加製造するための装置の操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項１に記載の方法によって発明的に達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象となる。
【０００７】
本明細書に記載の方法は、エネルギービーム、特にレーザービーム又は電子ビームによって固化させることができる粉末状の造形材料（「造形材料」）の連続的な層毎の選択的固化による三次元物体、例えば、工業部品を付加製造するための装置を操作する方法である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック又はポリマー粉末であり得る。それぞれのエネルギービームは、レーザービーム又は電子ビームであり得る。それぞれの装置は、例えば選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置又は選択的電子ビーム溶融装置のような、造形材料の付着及び造形材料の固化が別々に行われる装置であり得る。
【０００８】
装置は、その動作中に使用されるいくつかの機能ユニットを含むことができる。例示的な機能ユニットは、プロセスチャンバ、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように適合された照射装置、及び、例えば特定の流れプロファイル、流れ速度などの所与の流れ特性でプロセスチャンバを通してガス状流体流れを少なくとも部分的に発生させるように適合された流れ発生装置である。ガス状流体流れは、プロセスチャンバを通って流れている間に、固化していない粒状造形材料、特に装置の動作中に発生する煙又は煙の残留物を充填することができる。ガス状流体流れは、典型的には不活性であり、すなわち典型的には不活性ガスの流れ、例えばアルゴン、窒素、二酸化炭素などである。
【０００９】
前述のように、本発明は、造形材料にエネルギービームを選択的に照射する、三次元物体を付加製造するための装置を操作する方法に関する。本発明は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部が照射され、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部が照射されるという考えに基づいており、１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層について異なる。
【００１０】
本発明によれば、例えば第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータに基づいて２つの層、例えば第１の層及び第２の層の照射を行うことが可能であり、第１の照射パラメータと第２の照射パラメータは異なる。したがって、どの照射プロセスが行われるかに基づいて、照射パラメータに関して照射プロセスを層毎に変えることが可能である。言い換えれば、単一の照射パラメータ又はパラメータセットをそれぞれ選択し、照射プロセス、すなわち造形材料を物体のすべての部分又はすべての構造に選択的に固化させるために造形材料を照射すること、を選択されたパラメータセットに基づいて実行する必要はない。
【００１１】
したがって、三次元物体の異なる構造の異なる部分の照射に関して、妥協点として単一の照射パラメータ又はパラメータセットを調整する必要はない。代わりに、物体の少なくとも１つの第１の部分又は構造の要件に関して第１の照射パラメータを選択することができ、物体の少なくとも１つの第２の部分又は構造に対して少なくとも１つの第２の照射パラメータを選択することができる。第１の照射パラメータに基づいて第１の層を照射し、第２の照射パラメータに基づいて第２の層を照射することにより、第１の部分又は構造の要件は第１の層を照射するときに満たされ、第２の部分又は構造の要件は第２の層を照射するときに満たされる。したがって、個々の層に第１又は第２の照射パラメータ（セット）を用いて照射することが可能であり、したがって、１回の照射工程で各層を照射することができ、異なる照射パラメータ（セット）、例えば異なる構造に対する理想的なパラメータが、第１の層又は第２の層における照射プロセスを実行するために使用されるので、物体の異なる構造又は部分が確実に適切に照射される。
【００１２】
本出願の範囲内の用語「照射パラメータ」はまた、「照射パラメータセット」、すなわち照射プロセスに寄与又は影響を与える複数のパラメータにも関連し得る。したがって、２つの異なる照射工程に対して２つの異なる照射パラメータセットが使用されることが可能であり、２つの照射パラメータセットは、例えば１つ又は複数の照射パラメータにおいて異なる。
【００１３】
本発明の第１の実施形態によれば、照射パラメータは物体の輪郭の位置を含むことができ、輪郭は少なくとも２つの層に対して異なるように配置される。この実施形態によれば、照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、照射プロセスを実行するために照射パラメータが使用される特定の層に対する物体の輪郭の位置を含む。
【００１４】
この実施形態の範囲内の物体の輪郭は、例えば、層の輪郭又は縁の位置、あるいはこの特定の層における物体の断面を表す。輪郭の位置を変えることによって、付加製造法で造られる三次元物体の表面品質を高めることが可能である。例えば、第１の照射パラメータにおける輪郭の第１の位置、及び第２の照射パラメータにおける物体の輪郭の第２の位置を定義することが可能である。第１の照射パラメータに基づいて第１の層内の造形材料を照射し、第２の照射パラメータに基づいて第２の層内の造形材料を照射することによって、物体の輪郭の位置も物体の第１の層と第２の層との間で変化する。
【００１５】
照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービームの強度及び／又はパワーに関連することができ、第１の層及び第２の層の少なくとも一部は、少なくとも２つの層について異なる強度、及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ、及び／又はスポット径、及び／又はビーム経路で照射される。前述のように、本出願の範囲における「照射パラメータ」という用語は、前述のようなエネルギービームの強度及び／又はエネルギービームのパワー、あるいは造形面で生成される照射パターンの位置などの単一の照射パラメータを指すことがあり、用語「照射パラメータ」は、対応する照射プロセスにおいて使用される照射パラメータのセットを指すことも可能である。例えば、各照射パラメータセット、すなわち第１の照射パラメータセット及び第２の照射パラメータセットは、任意の数の照射パラメータ、例えばエネルギービームの強度、スポットサイズ、ビーム経路などを含み、第１の照射パラメータセット及び第２の照射パラメータセットは、それらの照射パラメータのうちの少なくとも１つにおいて異なり得る。
【００１６】
対応する照射パラメータ又は少なくとも１つの照射パラメータにそれぞれ影響を及ぼすか調整することによって、造形材料に堆積されるエネルギーの量に影響を及ぼすこと、及び／又は造形材料にエネルギーが堆積される照射パターンの位置を調整することが可能である。例えば、それぞれの位置における物体の部分又は物体の構造に応じて、造形材料に堆積されるエネルギー量を調整することが可能であり、例えば物体の線条構造又は中心部分などで異なる。
【００１７】
本発明の方法は、少なくとも第１の層群及び第２の層群が形成され、各群が少なくとも１つの層を含み、第１の層群が少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて照射され、第２の層群が少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて照射されることでさらに改良できる。したがって、三次元物体を形成する層は、少なくとも１つの第１の群及び少なくとも１つの第２の群に割り当てることができ、各群の層は少なくとも１つの層を含む。各群の単一層は、物体上に任意に分布させることができ、すなわち物体の任意の部分を形成することができ、第１の群又は第２の群のすべての層が連続して配置されることは明らかに必要ではないが、例えば、第１の群の層は、第２の群の２つの層の間において、又は他の任意の層の組み合わせ若しくは分布で造形方向に囲まれることも可能である。
【００１８】
個々の層を異なる層群に割り当てることは、それらの層に対する照射プロセスが基づく照射パラメータ又は照射パラメータセットを調整することを可能にする。例えば、対応する層に形成される物体の一部又は物体の構造は、対応する層を適切な照射パラメータで照射される対応する層群に割り当てることができるという点で考慮することができる。
【００１９】
さらに、第１の層群及び第２の層群は、事前定義されたパターンで、特に交互に、物体上に分布してもよい。事前定義されたパターンは、第１の層群及び第２の層群の個々の層の物体上での分布又は順序を定義する。例えば、第１の層群及び第２の層群は、物体上に交互に分布していてもよく、例えば、第１の層群の第１の層の後に、第２の層群の第１の層が続き、続いて、第１の層群の第２の層というように続く。したがって、照射プロセスは、少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて交互に実行することができる。当然のことながら、任意の数の層群、例えば３、４又はそれ以上の層群及びそれに対応して第３の照射パラメータ、第４の照射パラメータなどを規定することも可能である。
【００２０】
本発明の方法の別の実施形態によれば、第１の層群は物体の偶数の層を含むことができ、第２の層群は奇数の層を含むことができ、又はその逆も可能である。このように、奇数の層を第２の層群に、偶数の層を第１の層群に割り当てることにより、第１の照射パラメータ又は第２の照射パラメータに基づく交互照射、又はその逆を行うことができる。
【００２１】
第１の層群及び／又は第２の層群は、少なくとも２つの連続する層を含み得る。前述のように、物体の個々の層は任意に分布させることができ、少なくとも１つの第１の層群及び少なくとも１つの第２の層群に任意に割り当てることができる。この実施形態によれば、第１の層群及び／又は第２の層群は複数の層を含むことができ、それらのうちの少なくとも２つの層は互いに連続する。もちろん、後続の層の数も任意に選ぶことができる。特に、第１の層群が規定数の層を含むこともでき、その場合、例えば少なくとも２つの層が互いに連続し、他の層は第２の層群の層と交互に配置され、又はその逆や組み合わせも可能である。
【００２２】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、第１のエネルギー入力で第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のエネルギー入力で第２の位置に照射され、第１のエネルギー入力と第２のエネルギー入力、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２３】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第１のパラメータセットで第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第２のパラメータセットで第２の位置に照射され、第１のパラメータセットと第２のパラメータセット及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２４】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、第１のパワーで第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のパワーで第２の位置に照射され、第１のパワーと第２のパワー、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。したがって、前述のように、第１の層群に対して第１の照射パラメータを定義することが可能であり、物体の輪郭の少なくとも一部は、第１の層群に割り当てられている、第１の層に対するエネルギービームの第１のパワー（又は強度）に基づいて照射され得る。物体の輪郭の対応する部分は、それぞれ第２の層群の第２の層又は第２の層群に割り当てられ、第２の層の輪郭の対応する部分は、エネルギービームの第２のパワー（又は強度）で第２の位置に照射される。
【００２５】
エネルギービームの第１のパワー及び第２のパワー、及び／又は第１の層及び第２の層の第１の位置及び第２の位置、あるいは物体の輪郭の第１の部分及び物体の輪郭の第２の部分は異なる。前述のように、第１の層群及び第２の層群に任意の数の層を割り当てることが可能であり、各層は物体の輪郭の一部を含むことができる。例えば、第１の層群の第１層と第２の層群の第２の層とを造形方向に交互に分布させて配置することができ、物体の輪郭は、第１の層の第１の位置及び第２の層の第２の位置に照射することができる。また、追加的に又は代替的に、第１の層に対して行われる照射プロセスにおいて、エネルギービームの第１のパワーが使用され、第２の層の照射プロセスにおいて、エネルギービームの第２のパワーが使用される。
【００２６】
例えば、円筒形の物体は、パワー及び／又は物体の輪郭の位置を（わずかに）変化させることによって照射することができ、これにより物体の機械的特性及び／又は表面品質といった物体の様々なパラメータの改善が可能になる。用語「造形方向」は、造形材料の層毎の付着及び層の固化が行われる方向、すなわち、物体が付加製造される方向を指すことができる。
【００２７】
さらに、本発明は、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置にも関し、装置は、エネルギービームを生成し、かつこれを造形材料の層が付着される造形面を横切って誘導するのに適合された照射装置を含み、照射装置は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を、及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射するように適合され、少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層に対して異なる。
【００２８】
装置は、前述のように、本発明の方法を実行するための対応する制御ユニットを含み得る。制御ユニットは、例えば照射装置と接続されるか又は接続可能な別個の制御ユニットであってもよく、又は制御ユニットは装置の内部制御ユニット、特に照射装置の制御ユニットであってもよい。制御ユニットは、物体の個々の層を含む照射データを生成又は受信してもよい。照射装置は、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、第１のエネルギー入力で第１の位置に照射するように適合され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のエネルギー入力で第２の位置に照射され、第１のエネルギー入力と第２のエネルギー入力、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２９】
照射装置は、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第１のパラメータセットで第１の位置に照射するようにさらに適合され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第２のパラメータセットで第２の位置に照射され、第１のパラメータセットと第２のパラメータセット及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００３０】
さらに、照射装置は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射するように適合されてもよく、第１及び第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層、すなわち少なくとも１つの第１の層と少なくとも１つの第２の層とで異なる。これにより、異なる照射パラメータを使用して照射プロセスを実行することができるので、物体の異なる部分又は構造を考慮することが可能になる。例えば、物体の第１の層は第１の照射パラメータに基づいて照射され、第２の層は第２の照射パラメータに基づいて照射されるので、物体のすべての部分、例えば物体の輪郭部分又は線条構造、及び物体の塊状構造などの物体の中心部分は、最適な照射パラメータで照射することができ、対応する層を照射するための照射工程において、照射パラメータを変更する必要なしに各層を対応する照射パラメータに基づいて照射することができるので、製造時間を短縮することができる。
【００３１】
本発明の装置の別の実施形態によれば、照射パラメータは物体の輪郭の位置を含むことができ、照射装置は輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層に対して異なるように位置決めするように適合させることができる。したがって、物体のいくつかの層によって画定されるような物体の輪郭は、第１の層群及び第２の層群に割り当てられた少なくとも２つの層、特に後続の層に対して（わずかに）異なって位置決めされ得る。
【００３２】
照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービームの強度及び／又はパワーに関連することができ、照射装置は、第１の層及び第２の層の少なくとも一部を、異なる強度、及び／又は異なるパワー、及び／又は異なるスポットサイズ、及び／又は異なるスポット径、及び／又はエネルギービームの異なるビーム経路に沿って照射するように適合されてもよい。したがって、造形材料に堆積されるエネルギー、すなわち照射装置を介して生成される照射パターンは、第１の層群及び第２の層群に割り当てられた少なくとも２つの造形材料の層を照射するために別々に調整することができる。
【００３３】
前述のように、第１の層群及び第２の層群の層の分布は、任意に選択することができる。本発明の装置の有利な実施形態によれば、照射装置は、第１の層群又は第２の層群を所定のパターンで、特に交互に物体上に分布させるように適合させることができる。したがって、照射パラメータを様々な照射パラメータで実行することが可能であり、第１の照射パラメータに基づいて第１の層群の層を照射することができ、第２の照射パラメータに基づいて第２の層群の層を照射することができ、第１の層群の層と第２の層群の層は、造形方向に交互に配置されている。言い換えれば、第１の照射パラメータに基づいて第１の層を照射し、第２の層群に割り当てられた後続の第２の層を第２の照射パラメータに基づいて照射することができ、以下同様である。もちろん、層群の数及び層の数は任意に選ぶことができる。
【００３４】
別の好ましい実施形態によれば、第１の層群が物体の偶数の層を含むことができ、第２の層群が奇数の層を含むことができ、又はその逆も可能である。前述のように、第１の層群及び第２の層群への層の割り当ては一般に任意であり、第１の層群は、物体の第２、第４、第６などのすべて偶数の数の層を含むことができ、第２の層群は、物体の第１、第３、第５などの奇数の数の層を含むことができる。もちろん、例えば、奇数を含む第１の層群や偶数を含む第２の層群を定義することも可能である。
【００３５】
本発明の装置は、照射装置が、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、エネルギービームの第１のパワーで第１の位置に照射し、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、エネルギービームの第２のパワーで第２の位置に照射するように適合できることでさらに改良でき、第１のパワーと第２のパワー、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。したがって、本発明の装置、特に本発明の装置の照射装置は、第１の層群及び第２の層群の層を異なるように照射することを可能にする。第１の層群の第１の層と第２の層群の第２の層とを照射するために行われる照射プロセスは、どちらの照射プロセスが実行されるかに基づいて照射パラメータにおいて異なっていてもよく、第２の層、特に、第２の層群の第２の層の輪郭の一部と比較して、異なる位置及び／又は異なるパワーで第１の層の物体の輪郭を照射することが可能である。
【００３６】
本発明はさらに、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置のためのハードウェア及び／又はソフトウェア具体化制御装置に関する。制御ユニットは、特に、請求項のいずれか一項に記載の方法によって、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を照射することを制御し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射することを制御するように構成され、少なくとも１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層について異なる。
【００３７】
本発明の方法に関して説明したすべての特徴、詳細及び利点は、本発明の装置及び制御装置に完全に移すことができ、またその逆も可能である。
【００３８】
本発明の例示的な実施形態を図を参照して説明する。図は概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の装置を示す図である。
【図２】第１の例示的な実施形態による本発明の方法の照射プロセスを示す図である。
【図３】第２の例示的な実施形態による本発明の方法の照射プロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、エネルギービーム４によって固化させることができる造形材料３の連続的な層毎の選択的照射及び層の固化によって三次元物体２を付加製造するための装置１を示す。装置１は、エネルギービーム４を生成し、これを造形材料３の層が付着されている造形面６を横切って案内するように適合された照射装置５を備える。照射装置５は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層７の少なくとも一部を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層８の少なくとも一部を照射するようにさらに適合され、１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層７、８について異なる。
【００４１】
照射パラメータは物体２の輪郭の位置を含むことができ、照射装置５は、輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層７、８に対して異なるように位置決めするように適合されている。照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービーム４の強度／パワーに関連する。照射装置５は、例えば異なるスポットサイズ及び／又は異なるスポット径及び／又は異なるビーム経路を使用して、第１の層７及び第２の層８の少なくとも一部を異なる強度／パワーで照射するように適合されている。したがって、層７、８の対応する領域に堆積されるエネルギー及び対応する領域の位置は、少なくとも２つの層７、８の照射プロセスに関して変えることができる。
【００４２】
図１〜図３に示すこの例示的な実施形態では、物体２は、第１の層群に割り当てられた第１の層７と第２の層群に割り当てられた第２の層８とに細分される。第１の層群の第１の層７と第２の層群の第２の層８は、物体２上に造形方向９に交互に配置又は分布される（所望による）。造形方向９は、前述のように、造形材料３の層毎の付着及び照射、すなわち物体２の製造が行われる方向を指す。もちろん、層７、８の交互配置は単なる例示であり、層７、８を配置する他の任意の方法が可能である。
【００４３】
図２は、本発明の方法による１つ以上の照射プロセスを示し、エネルギービーム４が案内されるビーム経路の位置は、第１の層７及び第２の層８の照射に関して変化する。第１の照射プロセスが基づく第１の照射パラメータ、すなわち第１の層７の照射の基準となる第１の照射パラメータは、それぞれの部分についてエネルギービーム４の第１の位置１０、例えば物体２の輪郭の部分を含む。第２の層８内の同じ構造を照射するとき、エネルギービーム４は、エネルギービーム４が第２の位置１１に入射するという点で（わずかに）異なるビーム経路に沿って案内される。例えば、位置１０、１１は、異なる層７、８を照射しているときの物体２の輪郭の位置がわずかに異なるという点でわずかに異なる。層７、８間の異なる位置に基づいて実行される照射プロセスは、物体２の表面品質を向上させる。
【００４４】
図３は、本発明の方法に基づく照射プロセスの第２の実施形態を示し、第１の層７及び第２の層８は、異なる照射パラメータ、特に異なる強度のエネルギービーム４を用いて照射される。例えば、第１の層７と第２の層８とを照射する照射プロセスには、異なるスポット径のエネルギービーム４が用いられる。この例示的な実施形態では、第２の層８を照射するときのエネルギービーム４のスポットサイズと比較して、第１の層７を照射するときにより大きいスポットサイズが用いられる。やはり、第１の層７と第２の層８との交互の分布が選択されるが、他の配置を選択することは任意であり、例えば１つの第１の層７の代わりに２つの連続する第２の層８を使用する。例えば、第３の層を第３の層群（図示せず）に割り当てることも可能である。異なる層群に割り当てられた少なくとも２つの層７、８に対してエネルギービーム４のパワー又は強度を異なるように調整することによって、物体２の異なる構造に最適なパラメータで照射することが可能であり、照射パラメータは、１つの照射工程の間、特に同じ層の照射の間に変更される必要はない。したがって、第１の照射パラメータ又は第１の照射パラメータセットに基づいて第１の層７を照射することが可能であり、第２の照射パラメータ又は第２の照射パラメータセットを用いて第２の層８を照射することができる。
【００４５】
もちろん、個々の図に関して説明した実施形態は、任意に組み合わせることができる。特に、第１及び第２の層７、８を照射するときに複数の照射パラメータを変えることは可能である。例えば、エネルギービーム４の位置及び強度は、層７、８に対する照射プロセス間で変えることができる。
【図１】
2020032716.tif 000003
【図２】
2020032716.tif 000004
【図３】
2020032716.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム（４）によって固化させることができる造形材料（３）の層の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）を操作する方法であって、
少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層（７）の少なくとも一部が照射され、
少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層（８）の少なくとも一部が照射され、
前記少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び前記少なくとも１つの第２の照射パラメータが、前記少なくとも２つの層（７、８）に対して異なる、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
照射パラメータが物体（２）の輪郭の位置（１０、１１）を含み、
前記輪郭が少なくとも２つの層（７、８）に対して異なるように配置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも第１の層群及び第２の層群が形成され、
各群が少なくとも１つの層を含み、
前記第１の層群が少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて照射され、
前記第２の層群が少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて照射される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の層群及び前記第２の層群が、事前定義されたパターンで、特に交互に、物体（２）上に分布している、
ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の層群が物体（２）の偶数の層（７、８）を含み、前記第２の層群が奇数の層（７、８）を含み、
又はその逆も可能である、
ことを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の層群及び／又は前記第２の層群が、少なくとも２つの連続する層を含む、
ことを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部が、第１のエネルギー入力により第１の位置に照射され、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分が、第２のエネルギー入力により第２の位置に照射され、
前記第１のエネルギー入力と前記第２のエネルギー入力、及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部が、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第１のパラメータセットを用いて、第１の位置に照射され、
前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分が、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第２のパラメータセットを用いて第２の位置に照射され、
前記第１のパラメータセットと前記第２のパラメータセット及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、
ことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
エネルギービーム（４）によって固化させることができる造形材料（３）の層（７、８）の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）であって、
前記装置（１）が、前記エネルギービーム（４）を生成し、かつこれを造形材料（３）の層が付着される造形面を横切って誘導するように適合された照射装置（５）を含み、
前記照射装置（５）が、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層（７）の少なくとも一部を照射し、及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層（８）の少なくとも一部を照射する、ように適合され、
前記少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び前記少なくとも１つの第２の照射パラメータが、前記少なくとも２つの層（７、８）に対して異なる、
ことを特徴とする、装置。
【請求項１０】
照射パラメータが物体（２）の輪郭の位置を含み、
前記照射装置（５）が、前記輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層（７、８）に対して異なるように位置決めするように適合されている、
ことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元物体を付加製造するためのそのような装置及びそれを操作するための方法は、先行技術から一般に知られている。通常、造形材料、例えば金属粉末は造形面に付着され、造形材料を選択的に固化させて連続的に三次元物体を形成するために、エネルギービームを介して選択的に照射され得る。
【０００３】
さらに、エネルギービームのパワー又は強度のような照射パラメータの調整に関してしばしば妥協が求められることが先行技術から知られている。物体の異なる部分が異なる性質を示し、又は中心部分又はシェル部分、線条構造及び類似物のような物体の異なる部分の表面品質又は固化挙動のような、物体の異なる部分について異なる性質が望まれるので、異なる照射パラメータが必要とされる。典型的には、照射パラメータは、物体のすべての異なる構造又は部分を照射することができるように調整される。したがって、物体の様々な部分又は構造の照射は、個々の部分に対する最適パラメータに基づいて行われないが、調整された照射パラメータは個々の要件間の妥協点である。
【０００４】
あるいは、物体の各部分又は構造について、個々の（最適な）照射パラメータを造形材料に使用することが知られているが、不利なことには、物体の各部分又は構造に個々の照射パラメータで照射しなければならないので、全体の製造時間が長くなり、したがって、物体の個々の構造及び／又は部分は、同じ照射工程で、すなわち同じ照射パラメータに基づいて生成される同じエネルギービームで照射することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、造形材料の照射が改善され、特に物体の異なる構造又は部分の要件を考慮することができ、製造時間を短縮することができる、三次元物体を付加製造するための装置の操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項１に記載の方法によって発明的に達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象となる。
【０００７】
本明細書に記載の方法は、エネルギービーム、特にレーザービーム又は電子ビームによって固化させることができる粉末状の造形材料（「造形材料」）の連続的な層毎の選択的固化による三次元物体、例えば、工業部品を付加製造するための装置を操作する方法である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック又はポリマー粉末であり得る。それぞれのエネルギービームは、レーザービーム又は電子ビームであり得る。それぞれの装置は、例えば選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置又は選択的電子ビーム溶融装置のような、造形材料の付着及び造形材料の固化が別々に行われる装置であり得る。
【０００８】
装置は、その動作中に使用されるいくつかの機能ユニットを含むことができる。例示的な機能ユニットは、プロセスチャンバ、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように適合された照射装置、及び、例えば特定の流れプロファイル、流れ速度などの所与の流れ特性でプロセスチャンバを通してガス状流体流れを少なくとも部分的に発生させるように適合された流れ発生装置である。ガス状流体流れは、プロセスチャンバを通って流れている間に、固化していない粒状造形材料、特に装置の動作中に発生する煙又は煙の残留物を充填することができる。ガス状流体流れは、典型的には不活性であり、すなわち典型的には不活性ガスの流れ、例えばアルゴン、窒素、二酸化炭素などである。
【０００９】
前述のように、本発明は、造形材料にエネルギービームを選択的に照射する、三次元物体を付加製造するための装置を操作する方法に関する。本発明は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部が照射され、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部が照射されるという考えに基づいており、１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層について異なる。
【００１０】
本発明によれば、例えば第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータに基づいて２つの層、例えば第１の層及び第２の層の照射を行うことが可能であり、第１の照射パラメータと第２の照射パラメータは異なる。したがって、どの照射プロセスが行われるかに基づいて、照射パラメータに関して照射プロセスを層毎に変えることが可能である。言い換えれば、単一の照射パラメータ又はパラメータセットをそれぞれ選択し、照射プロセス、すなわち造形材料を物体のすべての部分又はすべての構造に選択的に固化させるために造形材料を照射すること、を選択されたパラメータセットに基づいて実行する必要はない。
【００１１】
したがって、三次元物体の異なる構造の異なる部分の照射に関して、妥協点として単一の照射パラメータ又はパラメータセットを調整する必要はない。代わりに、物体の少なくとも１つの第１の部分又は構造の要件に関して第１の照射パラメータを選択することができ、物体の少なくとも１つの第２の部分又は構造に対して少なくとも１つの第２の照射パラメータを選択することができる。第１の照射パラメータに基づいて第１の層を照射し、第２の照射パラメータに基づいて第２の層を照射することにより、第１の部分又は構造の要件は第１の層を照射するときに満たされ、第２の部分又は構造の要件は第２の層を照射するときに満たされる。したがって、個々の層に第１又は第２の照射パラメータ（セット）を用いて照射することが可能であり、したがって、１回の照射工程で各層を照射することができ、異なる照射パラメータ（セット）、例えば異なる構造に対する理想的なパラメータが、第１の層又は第２の層における照射プロセスを実行するために使用されるので、物体の異なる構造又は部分が確実に適切に照射される。
【００１２】
本出願の範囲内の用語「照射パラメータ」はまた、「照射パラメータセット」、すなわち照射プロセスに寄与又は影響を与える複数のパラメータにも関連し得る。したがって、２つの異なる照射工程に対して２つの異なる照射パラメータセットが使用されることが可能であり、２つの照射パラメータセットは、例えば１つ又は複数の照射パラメータにおいて異なる。
【００１３】
本発明の第１の実施形態によれば、照射パラメータは物体の輪郭の位置を含むことができ、輪郭は少なくとも２つの層に対して異なるように配置される。この実施形態によれば、照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、照射プロセスを実行するために照射パラメータが使用される特定の層に対する物体の輪郭の位置を含む。
【００１４】
この実施形態の範囲内の物体の輪郭は、例えば、層の輪郭又は縁の位置、あるいはこの特定の層における物体の断面を表す。輪郭の位置を変えることによって、付加製造法で造られる三次元物体の表面品質を高めることが可能である。例えば、第１の照射パラメータにおける輪郭の第１の位置、及び第２の照射パラメータにおける物体の輪郭の第２の位置を定義することが可能である。第１の照射パラメータに基づいて第１の層内の造形材料を照射し、第２の照射パラメータに基づいて第２の層内の造形材料を照射することによって、物体の輪郭の位置も物体の第１の層と第２の層との間で変化する。
【００１５】
照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービームの強度及び／又はパワーに関連することができ、第１の層及び第２の層の少なくとも一部は、少なくとも２つの層について異なる強度、及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ、及び／又はスポット径、及び／又はビーム経路で照射される。前述のように、本出願の範囲における「照射パラメータ」という用語は、前述のようなエネルギービームの強度及び／又はエネルギービームのパワー、あるいは造形面で生成される照射パターンの位置などの単一の照射パラメータを指すことがあり、用語「照射パラメータ」は、対応する照射プロセスにおいて使用される照射パラメータのセットを指すことも可能である。例えば、各照射パラメータセット、すなわち第１の照射パラメータセット及び第２の照射パラメータセットは、任意の数の照射パラメータ、例えばエネルギービームの強度、スポットサイズ、ビーム経路などを含み、第１の照射パラメータセット及び第２の照射パラメータセットは、それらの照射パラメータのうちの少なくとも１つにおいて異なり得る。
【００１６】
対応する照射パラメータ又は少なくとも１つの照射パラメータにそれぞれ影響を及ぼすか調整することによって、造形材料に堆積されるエネルギーの量に影響を及ぼすこと、及び／又は造形材料にエネルギーが堆積される照射パターンの位置を調整することが可能である。例えば、それぞれの位置における物体の部分又は物体の構造に応じて、造形材料に堆積されるエネルギー量を調整することが可能であり、例えば物体の線条構造又は中心部分などで異なる。
【００１７】
本発明の方法は、少なくとも第１の層群及び第２の層群が形成され、各群が少なくとも１つの層を含み、第１の層群が少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて照射され、第２の層群が少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて照射されることでさらに改良できる。したがって、三次元物体を形成する層は、少なくとも１つの第１の群及び少なくとも１つの第２の群に割り当てることができ、各群の層は少なくとも１つの層を含む。各群の単一層は、物体上に任意に分布させることができ、すなわち物体の任意の部分を形成することができ、第１の群又は第２の群のすべての層が連続して配置されることは明らかに必要ではないが、例えば、第１の群の層は、第２の群の２つの層の間において、又は他の任意の層の組み合わせ若しくは分布で造形方向に囲まれることも可能である。
【００１８】
個々の層を異なる層群に割り当てることは、それらの層に対する照射プロセスが基づく照射パラメータ又は照射パラメータセットを調整することを可能にする。例えば、対応する層に形成される物体の一部又は物体の構造は、対応する層を適切な照射パラメータで照射される対応する層群に割り当てることができるという点で考慮することができる。
【００１９】
さらに、第１の層群及び第２の層群は、事前定義されたパターンで、特に交互に、物体上に分布してもよい。事前定義されたパターンは、第１の層群及び第２の層群の個々の層の物体上での分布又は順序を定義する。例えば、第１の層群及び第２の層群は、物体上に交互に分布していてもよく、例えば、第１の層群の第１の層の後に、第２の層群の第１の層が続き、続いて、第１の層群の第２の層というように続く。したがって、照射プロセスは、少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて交互に実行することができる。当然のことながら、任意の数の層群、例えば３、４又はそれ以上の層群及びそれに対応して第３の照射パラメータ、第４の照射パラメータなどを規定することも可能である。
【００２０】
本発明の方法の別の実施形態によれば、第１の層群は物体の偶数の層を含むことができ、第２の層群は奇数の層を含むことができ、又はその逆も可能である。このように、奇数の層を第２の層群に、偶数の層を第１の層群に割り当てることにより、第１の照射パラメータ又は第２の照射パラメータに基づく交互照射、又はその逆を行うことができる。
【００２１】
第１の層群及び／又は第２の層群は、少なくとも２つの連続する層を含み得る。前述のように、物体の個々の層は任意に分布させることができ、少なくとも１つの第１の層群及び少なくとも１つの第２の層群に任意に割り当てることができる。この実施形態によれば、第１の層群及び／又は第２の層群は複数の層を含むことができ、それらのうちの少なくとも２つの層は互いに連続する。もちろん、後続の層の数も任意に選ぶことができる。特に、第１の層群が規定数の層を含むこともでき、その場合、例えば少なくとも２つの層が互いに連続し、他の層は第２の層群の層と交互に配置され、又はその逆や組み合わせも可能である。
【００２２】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、第１のエネルギー入力で第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のエネルギー入力で第２の位置に照射され、第１のエネルギー入力と第２のエネルギー入力、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２３】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第１のパラメータセットで第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第２のパラメータセットで第２の位置に照射され、第１のパラメータセットと第２のパラメータセット及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２４】
本発明の方法の別の例示的な実施形態によれば、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部は、第１のパワーで第１の位置に照射され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のパワーで第２の位置に照射され、第１のパワーと第２のパワー、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。したがって、前述のように、第１の層群に対して第１の照射パラメータを定義することが可能であり、物体の輪郭の少なくとも一部は、第１の層群に割り当てられている、第１の層に対するエネルギービームの第１のパワー（又は強度）に基づいて照射され得る。物体の輪郭の対応する部分は、それぞれ第２の層群の第２の層又は第２の層群に割り当てられ、第２の層の輪郭の対応する部分は、エネルギービームの第２のパワー（又は強度）で第２の位置に照射される。
【００２５】
エネルギービームの第１のパワー及び第２のパワー、及び／又は第１の層及び第２の層の第１の位置及び第２の位置、あるいは物体の輪郭の第１の部分及び物体の輪郭の第２の部分は異なる。前述のように、第１の層群及び第２の層群に任意の数の層を割り当てることが可能であり、各層は物体の輪郭の一部を含むことができる。例えば、第１の層群の第１層と第２の層群の第２の層とを造形方向に交互に分布させて配置することができ、物体の輪郭は、第１の層の第１の位置及び第２の層の第２の位置に照射することができる。また、追加的に又は代替的に、第１の層に対して行われる照射プロセスにおいて、エネルギービームの第１のパワーが使用され、第２の層の照射プロセスにおいて、エネルギービームの第２のパワーが使用される。
【００２６】
例えば、円筒形の物体は、パワー及び／又は物体の輪郭の位置を（わずかに）変化させることによって照射することができ、これにより物体の機械的特性及び／又は表面品質といった物体の様々なパラメータの改善が可能になる。用語「造形方向」は、造形材料の層毎の付着及び層の固化が行われる方向、すなわち、物体が付加製造される方向を指すことができる。
【００２７】
さらに、本発明は、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の、連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置にも関し、装置は、エネルギービームを生成し、かつこれを造形材料の層が付着される造形面を横切って誘導するのに適合された照射装置を含み、照射装置は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を、及び少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射するように適合され、少なくとも１つの第１の照射パラメータ及び少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層に対して異なる。
【００２８】
装置は、前述のように、本発明の方法を実行するための対応する制御ユニットを含み得る。制御ユニットは、例えば照射装置と接続されるか又は接続可能な別個の制御ユニットであってもよく、又は制御ユニットは装置の内部制御ユニット、特に照射装置の制御ユニットであってもよい。制御ユニットは、物体の個々の層を含む照射データを生成又は受信してもよい。照射装置は、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、第１のエネルギー入力で第１の位置に照射するように適合され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、第２のエネルギー入力で第２の位置に照射され、第１のエネルギー入力と第２のエネルギー入力、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００２９】
照射装置は、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第１のパラメータセットで第１の位置に照射するようにさらに適合され、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分は、特にエネルギービームの強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する第２のパラメータセットで第２の位置に照射され、第１のパラメータセットと第２のパラメータセット及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。
【００３０】
さらに、照射装置は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射するように適合されてもよく、第１及び第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層、すなわち少なくとも１つの第１の層と少なくとも１つの第２の層とで異なる。これにより、異なる照射パラメータを使用して照射プロセスを実行することができるので、物体の異なる部分又は構造を考慮することが可能になる。例えば、物体の第１の層は第１の照射パラメータに基づいて照射され、第２の層は第２の照射パラメータに基づいて照射されるので、物体のすべての部分、例えば物体の輪郭部分又は線条構造、及び物体の塊状構造などの物体の中心部分は、最適な照射パラメータで照射することができ、対応する層を照射するための照射工程において、照射パラメータを変更する必要なしに各層を対応する照射パラメータに基づいて照射することができるので、製造時間を短縮することができる。
【００３１】
本発明の装置の別の実施形態によれば、照射パラメータは物体の輪郭の位置を含むことができ、照射装置は輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層に対して異なるように位置決めするように適合させることができる。したがって、物体のいくつかの層によって画定されるような物体の輪郭は、第１の層群及び第２の層群に割り当てられた少なくとも２つの層、特に後続の層に対して（わずかに）異なって位置決めされ得る。
【００３２】
照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービームの強度及び／又はパワーに関連することができ、照射装置は、第１の層及び第２の層の少なくとも一部を、異なる強度、及び／又は異なるパワー、及び／又は異なるスポットサイズ、及び／又は異なるスポット径、及び／又はエネルギービームの異なるビーム経路に沿って照射するように適合されてもよい。したがって、造形材料に堆積されるエネルギー、すなわち照射装置を介して生成される照射パターンは、第１の層群及び第２の層群に割り当てられた少なくとも２つの造形材料の層を照射するために別々に調整することができる。
【００３３】
前述のように、第１の層群及び第２の層群の層の分布は、任意に選択することができる。本発明の装置の有利な実施形態によれば、照射装置は、第１の層群又は第２の層群を所定のパターンで、特に交互に物体上に分布させるように適合させることができる。したがって、照射パラメータを様々な照射パラメータで実行することが可能であり、第１の照射パラメータに基づいて第１の層群の層を照射することができ、第２の照射パラメータに基づいて第２の層群の層を照射することができ、第１の層群の層と第２の層群の層は、造形方向に交互に配置されている。言い換えれば、第１の照射パラメータに基づいて第１の層を照射し、第２の層群に割り当てられた後続の第２の層を第２の照射パラメータに基づいて照射することができ、以下同様である。もちろん、層群の数及び層の数は任意に選ぶことができる。
【００３４】
別の好ましい実施形態によれば、第１の層群が物体の偶数の層を含むことができ、第２の層群が奇数の層を含むことができ、又はその逆も可能である。前述のように、第１の層群及び第２の層群への層の割り当ては一般に任意であり、第１の層群は、物体の第２、第４、第６などのすべて偶数の数の層を含むことができ、第２の層群は、物体の第１、第３、第５などの奇数の数の層を含むことができる。もちろん、例えば、奇数を含む第１の層群や偶数を含む第２の層群を定義することも可能である。
【００３５】
本発明の装置は、照射装置が、第１の層群の第１の層の輪郭の少なくとも一部を、エネルギービームの第１のパワーで第１の位置に照射し、第２の層群の第２の層の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、エネルギービームの第２のパワーで第２の位置に照射するように適合できることでさらに改良でき、第１のパワーと第２のパワー、及び／又は第１の位置と第２の位置は異なる。したがって、本発明の装置、特に本発明の装置の照射装置は、第１の層群及び第２の層群の層を異なるように照射することを可能にする。第１の層群の第１の層と第２の層群の第２の層とを照射するために行われる照射プロセスは、どちらの照射プロセスが実行されるかに基づいて照射パラメータにおいて異なっていてもよく、第２の層、特に、第２の層群の第２の層の輪郭の一部と比較して、異なる位置及び／又は異なるパワーで第１の層の物体の輪郭を照射することが可能である。
【００３６】
本発明はさらに、エネルギービームによって固化させることができる造形材料の層の連続的な層毎の選択的照射及び固化によって三次元物体を付加製造するための装置のためのハードウェア及び／又はソフトウェア具体化制御装置に関する。制御ユニットは、特に、請求項のいずれか一項に記載の方法によって、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層の少なくとも一部を照射することを制御し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層の少なくとも一部を照射することを制御するように構成され、少なくとも１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層について異なる。
【００３７】
本発明の方法に関して説明したすべての特徴、詳細及び利点は、本発明の装置及び制御装置に完全に移すことができ、またその逆も可能である。
【００３８】
本発明の例示的な実施形態を図を参照して説明する。図は概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の装置を示す図である。
【図２】第１の例示的な実施形態による本発明の方法の照射プロセスを示す図である。
【図３】第２の例示的な実施形態による本発明の方法の照射プロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、エネルギービーム４によって固化させることができる造形材料３の連続的な層毎の選択的照射及び層の固化によって三次元物体２を付加製造するための装置１を示す。装置１は、エネルギービーム４を生成し、これを造形材料３の層が付着されている造形面６を横切って案内するように適合された照射装置５を備える。照射装置５は、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて第１の層７の少なくとも一部を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて第２の層８の少なくとも一部を照射するようにさらに適合され、１つの第１の照射パラメータと少なくとも１つの第２の照射パラメータは、少なくとも２つの層７、８について異なる。
【００４１】
照射パラメータは物体２の輪郭の位置を含むことができ、照射装置５は、輪郭の同じ部分を少なくとも２つの層７、８に対して異なるように位置決めするように適合されている。照射パラメータ、すなわち第１の照射パラメータ及び第２の照射パラメータは、エネルギービーム４の強度／パワーに関連する。照射装置５は、例えば異なるスポットサイズ及び／又は異なるスポット径及び／又は異なるビーム経路を使用して、第１の層７及び第２の層８の少なくとも一部を異なる強度／パワーで照射するように適合されている。したがって、層７、８の対応する領域に堆積されるエネルギー及び対応する領域の位置は、少なくとも２つの層７、８の照射プロセスに関して変えることができる。
【００４２】
図１〜図３に示すこの例示的な実施形態では、物体２は、第１の層群に割り当てられた第１の層７と第２の層群に割り当てられた第２の層８とに細分される。第１の層群の第１の層７と第２の層群の第２の層８は、物体２上に造形方向９に交互に配置又は分布される（所望による）。造形方向９は、前述のように、造形材料３の層毎の付着及び照射、すなわち物体２の製造が行われる方向を指す。もちろん、層７、８の交互配置は単なる例示であり、層７、８を配置する他の任意の方法が可能である。
【００４３】
図２は、本発明の方法による１つ以上の照射プロセスを示し、エネルギービーム４が案内されるビーム経路の位置は、第１の層７及び第２の層８の照射に関して変化する。第１の照射プロセスが基づく第１の照射パラメータ、すなわち第１の層７の照射の基準となる第１の照射パラメータは、それぞれの部分についてエネルギービーム４の第１の位置１０、例えば物体２の輪郭の部分を含む。第２の層８内の同じ構造を照射するとき、エネルギービーム４は、エネルギービーム４が第２の位置１１に入射するという点で（わずかに）異なるビーム経路に沿って案内される。例えば、位置１０、１１は、異なる層７、８を照射しているときの物体２の輪郭の位置がわずかに異なるという点でわずかに異なる。層７、８間の異なる位置に基づいて実行される照射プロセスは、物体２の表面品質を向上させる。
【００４４】
図３は、本発明の方法に基づく照射プロセスの第２の実施形態を示し、第１の層７及び第２の層８は、異なる照射パラメータ、特に異なる強度のエネルギービーム４を用いて照射される。例えば、第１の層７と第２の層８とを照射する照射プロセスには、異なるスポット径のエネルギービーム４が用いられる。この例示的な実施形態では、第２の層８を照射するときのエネルギービーム４のスポットサイズと比較して、第１の層７を照射するときにより大きいスポットサイズが用いられる。やはり、第１の層７と第２の層８との交互の分布が選択されるが、他の配置を選択することは任意であり、例えば１つの第１の層７の代わりに２つの連続する第２の層８を使用する。例えば、第３の層を第３の層群（図示せず）に割り当てることも可能である。異なる層群に割り当てられた少なくとも２つの層７、８に対してエネルギービーム４のパワー又は強度を異なるように調整することによって、物体２の異なる構造に最適なパラメータで照射することが可能であり、照射パラメータは、１つの照射工程の間、特に同じ層の照射の間に変更される必要はない。したがって、第１の照射パラメータ又は第１の照射パラメータセットに基づいて第１の層７を照射することが可能であり、第２の照射パラメータ又は第２の照射パラメータセットを用いて第２の層８を照射することができる。
【００４５】
もちろん、個々の図に関して説明した実施形態は、任意に組み合わせることができる。特に、第１及び第２の層７、８を照射するときに複数の照射パラメータを変えることは可能である。例えば、エネルギービーム４の位置及び強度は、層７、８に対する照射プロセス間で変えることができる。
【００４６】
本発明の更なる態様が、以下の段落に記載の特許発明の対象によって与えられる。
【００４７】
本発明の第１の追加的態様は、本発明に係る装置（１）であって、前記照射装置（５）が少なくとも第１の層群及び第２の層群を形成するように適合され、各群が少なくとも１つの層を含み、前記照射装置（５）が、少なくとも１つの第１の照射パラメータに基づいて前記第１の層群を照射し、少なくとも１つの第２の照射パラメータに基づいて前記第２の層群を照射するように適合されている、装置である。
【００４８】
本発明の第２の追加的態様は、本発明に係る装置（１）であって、前記照射装置（５）が、前記第１の層群及び前記第２の層群を事前定義されたパターンで、特に交互に、物体（２）上に分布させるように適合されている、装置である。
【００４９】
本発明の第３の追加的態様は、本発明に係る装置（１）であって、前記第１の層群が物体（２）の偶数の層（７、８）を含み、前記第２の層群が奇数の層（７、８）を含み、
又はその逆も可能である、装置である。
【００５０】
本発明の第４の追加的態様は、本発明に係る装置（１）であって、前記照射装置（５）が、前記第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部を、第１のエネルギー入力により第１の位置に照射し、前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、第２のエネルギー入力により第２の位置に照射するように適合され、前記第１のエネルギー入力と前記第２のエネルギー入力、及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、装置である。
【００５１】
本発明の第５の追加的態様は、本発明に係る装置（１）であって、前記照射装置（５）が、第１の層群の第１の層（７）の輪郭の少なくとも一部を、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第１のパラメータセットを用いて、第１の位置に照射し、前記第２の層群の第２の層（８）の輪郭の少なくとも１つの対応する部分を、特に前記エネルギービーム（４）の強度及び／又はパワー、及び／又はスポットサイズ及び／又はスポット径及び／又はビーム経路に関連する、第２のパラメータセットを用いて第２の位置に照射するように適合され、前記第１のパラメータセットと前記第２のパラメータセット及び／又は前記第１の位置と前記第２の位置が異なる、装置である。
【外国語明細書】
2020032716000001.pdf