(57)【要約】【課題】オブジェクトを比較的均一に加熱することによって、亀裂、変形などのおそれを低減し、金属含有部品を正確かつ一貫して製造することを可能にする付加製造システムおよび方法を提供する。【解決手段】付加製造システム（１００）は、プレート（１０２）と、造形支援装置（１０４）と、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）と、１つ以上のプロセッサ（１５４）とを備える。プレート（１０２）は少なくとも半透明である。造形支援装置（１０４）は、プレート（１０２）の第１の面上に広げられた粉体（１１６）の階層（２０２）と接離するようにオブジェクト（１１８）を移動させるために、プレート（１０２）に対して移動可能である。粉体（１１６）は、金属粒子を含む。１つ以上のプロセッサ（１５４）が、オブジェクト（１１８）の層を形成するために、プレート（１０２）を貫通し、プレート（１０２）を出る際に階層（２０２）内の粉体（１１６）の選択した部分に当たる１つ以上のエネルギービーム（３０４）を放射するように、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）を制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半透明のプレート（１０２）と、
オブジェクト（１１８）と結合する造形支援装置（１０４）であって、前記造形支援装置（１０４）は、前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の第１の面（１２６）に広げられた粉体（１１６）の階層（２０２）に接離するように移動させるために、前記プレート（１０２）に対して移動可能であり、前記粉体（１１６）は金属粒子を含む、造形支援装置（１０４）と、
少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）と、
前記少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）に動作可能に接続され、かつ前記オブジェクト（１１８）の層（３１２）を形成するために、前記プレート（１０２）を貫通し、前記プレート（１０２）を出る際に前記階層（２０２）内の前記粉体（１１６）の選択した部分（３１０、４１０）に当たる１つ以上のエネルギービーム（３０４）を放射するように、前記少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）を制御する、１つ以上のプロセッサ（１５４）と
を備える、付加製造システム（１００）。
【請求項２】
前記オブジェクト（１１８）および前記造形支援装置（１０４）の少なくとも一部を囲む筐体（１３０）を含む、加熱器具（１１２）をさらに備え、前記加熱器具（１１２）は、前記オブジェクト（１１８）を指定の温度または温度範囲に維持するために前記オブジェクト（１１８）を加熱するように構成される、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
前記プレート（１０２）が、前記オブジェクト（１１８）と前記少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）との間に配置される、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項４】
前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）に沿って配置され、前記粉体（１１６）を分散させて前記階層（２０２）を指定の厚さで形成するために、前記プレート（１０２）を横切って移動可能なスプレッダ（１１０）をさらに備え、前記１つ以上のプロセッサ（１５４）が、前記スプレッダ（１１０）に動作可能に接続され、かつ前記造形支援装置（１０４）が前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）から離れた離間位置で保持している間に前記粉体（１１６）を分散させるために、前記プレート（１０２）を横切って移動するよう前記スプレッダ（１１０）を制御するように構成され、その結果、前記スプレッダ（１１０）が前記オブジェクト（１１８）と前記プレート（１０２）との間を通過する、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項５】
前記１つ以上のプロセッサ（１５４）が、前記造形支援装置（１０４）に動作可能に接続され、前記１つ以上のエネルギービーム（３０４）の放射中は、前記オブジェクト（１１８）が前記階層（２０２）と接触するように保持し、前記１つ以上のエネルギービーム（３０４）の放射後は、前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）から離すよう前記造形支援装置（１０４）を制御するように構成され、その結果、形成された前記オブジェクト（１１８）の層（３１２）が、前記階層（２０２）内の前記粉体（１１６）の残存部分（３１４）から離間される、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記粉体（１１６）の前記階層（２０２）が広げられる前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）が、前記プレート（１０２）の上面（１２６）であり、前記階層（２０２）が重力によって前記上面（１２６）に保持され、前記少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）が、前記上面（１２６）の反対側にある前記プレート（１０２）の下面（１２８）の下方に配置される、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記プレート（１０２）が、単結晶サファイア材料を含む、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項８】
プレート（１０２）の第１の面（１２６）に粉体（１１６）の第１の階層（２０２）を広げるステップであって、前記粉体（１１６）は金属粒子を含み、前記プレート（１０２）は少なくとも半透明である、ステップと、
前記粉体（１１６）の前記第１の階層（２０２）と接触させるように、オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）に向かって移動させるステップと、
前記オブジェクト（１１８）の第１の層（３１２）を形成するために、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）から、前記プレート（１０２）を貫通し、前記プレート（１０２）から出る際に前記第１の階層（２０２）における前記粉体（１１６）の第１の選択した部分（３１０、４１０）に当たるように、１つ以上のエネルギービーム（３０４）を誘導するステップと
を含む、付加製造の方法（５００）。
【請求項９】
前記第１の階層（２０２）を広げる前記ステップが、前記粉体（１１６）を分散させるために、前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）を横切ってスプレッダ（１１０）を移動させるステップを含む、請求項８に記載の方法（５００）。
【請求項１０】
前記オブジェクト（１１８）が前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）に向かって移動されている間、および前記オブジェクト（１１８）が、前記プレート（１０２）上にある前記粉体（１１６）の前記第１の階層（２０２）に接触している間に、加熱器具（１１２）の筐体（１３０）内で前記オブジェクト（１１８）を加熱するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法（５００）。
【請求項１１】
前記粉体（１１６）の前記第１の階層（２０２）が広げられる前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）が、前記プレート（１０２）の上面（１２６）であり、前記第１の階層（２０２）が重力によって前記上面（１２６）に保持され、前記少なくとも１つの電磁エネルギー供給源（１０６）が、前記上面（１２６）の反対側にある前記プレート（１０２）の下面（１２８）の下方に配置される、請求項８に記載の方法（５００）。
【請求項１２】
前記オブジェクト（１１８）の前記第１の層（３１２）が、前記第１の階層（２０２）の前記粉体（１１６）の残存部分（３１４）から離間されるように、前記プレート（１０２）を通る前記１つ以上のエネルギービーム（３０４）を誘導する前記ステップの後に、前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）から離すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法（５００）。
【請求項１３】
前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）から離すステップに続いて、前記方法（５００）が、前記第１の階層（２０２）の前記粉体（１１６）の前記残存部分（３１４）を、前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）から除去するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法（５００）。
【請求項１４】
前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）から離すステップに続いて、前記方法（５００）が、前記粉体（１１６）または別の粉体（１１６）の第２の階層（２０２）（４０２）を、前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）の上に広げるステップと、前記オブジェクト（１１８）の前記第１の層（３１２）が前記第２の階層（２０２）（４０２）に接触するように、前記オブジェクト（１１８）を前記プレート（１０２）の前記第１の面（１２６）に向かって移動させるステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法（５００）。
【請求項１５】
前記オブジェクト（１１８）が造形支援装置（１０４）と前記プレート（１０２）との間に懸架されるように、前記オブジェクト（１１８）を前記造形支援装置（１０４）に結合するステップであって、前記造形支援装置（１０４）の直線駆動機構（１４２）を作動させることによって、前記オブジェクト（１１８）が前記プレート（１０２）に対して移動される、ステップをさらに含む、請求項８に記載の方法（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に３次元オブジェクトの付加製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造とは、３次元オブジェクトを製造するための任意の工程をいい、コンピューター制御下で基礎材料の連続する層が堆積される。例えば、オブジェクトの大きさおよび形状は、３次元コンピューターモデルその他の電子データソースに基づいていてもよい。付加製造は、構造および／または形状が複雑なオブジェクトを製造するために使用され得る。金属オブジェクトを製造するための付加製造技術は、ダイカスト、押し出しなどの従来の金属製造技術よりも労力が少なく、自由度の高い設計が可能であり、より精度が高く再生産可能な完成品を得ることができる。
【０００３】
本明細書では選択的レーザー融解（または焼結）と呼ばれる、少なくとも１つの知られている付加製造技術では、金属粉を含む粉体層内で金属オブジェクトを構築する。例えば、オブジェクトはプラットフォーム上に置かれ、オブジェクトの上部が金属粉の薄い層で覆われるように、粉体層に完全に包み込まれる。オブジェクト上部の上方にあるエネルギー供給源は、金属粉の薄い層の選択した部分を加熱し、その部分をオブジェクトの上部に融合してオブジェクトの新しい上層を形成する。
【０００４】
しかしながら、金属オブジェクトの異なる部分同士の間に、少なくとも部分的に大きい温度勾配が生じるために、製造工程中に金属オブジェクトにかなりの残留応力がかかり、かつ／または歪みが生じる場合がある。例えば、新しい上層が形成される金属オブジェクト上部の温度は、金属オブジェクトの下部に近い金属オブジェクトの部分よりも著しく高い場合があり、その結果生じた残留応力が金属オブジェクトに、変形やさらには亀裂の形成を引き起こす可能性がある。温度勾配を減少させる（したがって残留応力を低減する）ために、粉体層の中にある金属オブジェクトの下の部分を加熱することは、熱によって粉体層内の金属粉が互いに融合して癒着するため現実的ではない。粉体層内で融合した粉体は、再使用可能になることなく廃棄しなければならないであろう。このような理由により、粉体層内にある金属オブジェクトを加熱しようとすると、粉体層内の金属オブジェクトを加熱しない場合に比べて、付加製造工程中に使用される（そして廃棄される）粉体の量が大幅に増加する。
【０００５】
粉体層内にある金属オブジェクトを造形する付加製造技術には、残留応力による変形および／または亀裂のおそれの他にもいくつか不利な点がある。例えば、製造されるオブジェクトの大きさは、粉体を入れるタンクの大きさ、および使用できる粉体の量によって制限される。比較的大きい金属オブジェクトの製造には、粉体層内に数トンの金属粉が必要になる場合があり、入手および維持費用がかさむ場合がある。さらに、粉体層の温度が比較的低温（例えば、周囲温度かまたはこれに近い温度）になる場合があることにより、金属オブジェクトおよび／または金属粉が高温で維持されている場合よりも、エネルギー供給源を加熱して金属オブジェクトの上層で金属粉を融解させるのに時間がかかるため、造形速度が制限される場合がある。連続する層間に堆積される金属粉の種類を変更して製造される金属オブジェクトの組成を変更することも、やはり困難で無駄が多くなる可能性があり、それは、粉体層内で複数の異なる種類の粉体を混合すると、粉体が汚染されて、粉体層をすべて廃棄しなければならない場合があることによる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のいくつかの実施形態は、プレートと、造形支援装置と、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源と、１つ以上のプロセッサとを備える、付加製造システムを提供する。プレートは少なくとも半透明である。造形支援装置は、オブジェクトと結合するように構成される。造形支援装置は、プレートの第１の面の上に広げられた粉体の階層と接離するようにオブジェクトを移動させるために、プレートに対して移動可能である。粉体は金属粒子を含む。１つ以上のプロセッサが、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源に動作可能に接続され、オブジェクトの層を形成するために、プレートを貫通し、プレートを出る際に階層内の粉体の選択した部分に当たる１つ以上のエネルギービームを放射するように、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源を制御するように構成される。
【０００７】
本開示のいくつかの実施形態は、プレートの第１の面に粉体の第１の階層を広げるステップを含む、付加製造の方法を提供する。粉体は金属粒子を含み、プレートは少なくとも半透明である。本方法は、プレートの第１の面に向かってオブジェクトを移動させて、粉体の第１の階層に接触させるステップを含む。本方法は、オブジェクトの第１の層を形成するために、１つ以上のエネルギービームが少なくとも１つの電磁エネルギー供給源から、プレートを貫通し、プレートを出る際に第１の階層内の粉体の第１の選択した部分に当たるように、１つ以上のエネルギービームを誘導するステップをさらに含む。
【０００８】
本開示のいくつかの実施形態は、プレートと、粉体と、スプレッダと、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源とを備える、付加製造システムを提供する。プレートは少なくとも半透明である。粉体は金属粒子を含み、プレートの上面に堆積される。スプレッダは、プレートの上面の上方に取り付けられ、粉体を分散させて指定の厚さを有する階層にするために、プレートを横切って移動可能である。少なくとも１つの電磁エネルギー供給源は、上面の反対側にあるプレートの下面の下方に配置される。少なくとも１つの電磁エネルギー供給源は、プレートに向かって１つ以上のエネルギービームを放射するように構成され、その結果、１つ以上のエネルギービームがプレートを貫通し、プレートを出る際に階層内の粉体の選択した部分に当たり、粉体の選択した部分を融解して、階層と接触するように保持されているオブジェクト上に層を形成する。
【０００９】
本開示のこれらその他の形態、態様、および利点は、全図面を通して同じ番号が同じ部品を表す添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明が読まれたときによりよく理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態による、付加製造システムの概略断面図である。
【図２】実施形態による、プレートとスプレッダを備える付加製造システムの一部の斜視図である。
【図３】プレートと、スプレッダと、造形支援装置と、電磁エネルギー供給源とを備える、図１に示す実施形態による、付加製造システムの一部を示す。
【図４】図３に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３に示す付加製造システムの一部を示す。
【図５】図４に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３および図４に示す付加製造システムの一部を示す。
【図６】図５に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３から図５に示す付加製造システムの一部を示す。
【図７】図６に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３から図６に示す付加製造システムの一部を示す。
【図８】図７に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３から図７に示す付加製造システムの一部を示す。
【図９】図８に示す段階に続く、オブジェクトの造形工程の一段階における、図３から図８に示す付加製造システムの一部を示す。
【図１０】本開示の実施形態による、付加製造の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
前述の概要、ならびに以下の特定の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、よりよく理解されるであろう。本明細書で使用する、単数形で列挙され、「ａ」または「ａｎ」という語が先行する要素またはステップは、必ずしも複数の要素またはステップを除外するものではないと理解されるべきである。また、「１つの実施形態」という言い方は、列挙された特徴を同様に組み込む、さらなる実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図していない。さらに、反対のことが明確に述べられない限り、特定の特性を有する１つの要素、または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」かまたは「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有していない追加の要素を含むことができる。
【００１２】
本開示における実施形態は、付加製造によって３次元オブジェクト（加工物、部品、製品など）を製造するためのシステムおよび方法を提供する。１つ以上の実施形態において、オブジェクトは金属製であって、金属粒子を含む粉体で製造される。例えば、粉体は、１つ以上の電磁エネルギー供給源によって加熱あるいは通電され、電磁エネルギー供給源は、通電された粉体をオブジェクトの表面で融解および／または融合する。オブジェクトに接着する通電された粉体は、冷却され凝固して新しいオブジェクトの新しい層を形成し、オブジェクトが完成されるまで、層ごとに順番にこの工程を繰り返す。本明細書で述べる付加製造システムは、完全に自動化されてもよく、その結果システムは、造形作業が開始されれば、オペレータの介入を必要としない。本明細書でより詳しく述べるように、本開示の付加製造システムは、金属製のオブジェクトを製造するように設計された既知の付加製造システムよりも、オブジェクトが歪んだり亀裂が入ったりするおそれを低減し、粉体の無駄を削減し、必要な粉体の量を削減し、かつ／または造形速度を高めて、様々な形状および大きさの金属オブジェクトを製造することが可能になり得る。本付加製造システムはまた、本明細書で述べるように、既知の付加製造システムに対してさらなる利点を有し得る。
【００１３】
図１は、実施形態による、付加製造システム１００の概略断面図である。付加製造システム１００（本明細書ではＡＭシステム１００とする）は、プレート１０２と、造形支援装置１０４と、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源１０６と、制御部１０８とを備える。図示されている実施形態において、ＡＭシステム１００は、スプレッダ１１０と、加熱器具１１２と、粉体貯留部１１４とをさらに備える。粉体貯留部１１４は、供給する粉体１１６を収容し、粉体１１６は、指定されたオブジェクト１１８を形成するためにＡＭシステム１００によって使用される基礎材料である。粉体１１６は、１つ以上の金属および／または合金の金属粒子を含む。粉体１１６は任意選択で、金属粒子と混合される、セラミック粒子などの非金属粒子をさらに含んでもよい。オブジェクト１１８は、コンピューター設計モデル（例えば、コンピューター支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ、ＣＡＤ）モデル）、またはコンピューターでプログラムされた命令の別のデータソースに対応する、特定の形状および大きさを有する３次元の材料塊である。図１に示すオブジェクト１１８は、部分的にのみ完成されて、製造の中間段階にある加工物であってもよい。
【００１４】
オブジェクト１１８は、粉体１１６の層または階層に当たる電磁エネルギービームを放射する、１つ以上の電磁エネルギー供給源１０６によって、連続するシーケンスにおいて層ごとに生成されてもよく、階層の選択した部分をオブジェクト１１８に接着させて、オブジェクト１１８の新しい層を形成する。電磁エネルギービームの放射と向きは、制御部１０８によって制御され、制御部１０８は、有線または無線の通信経路を介して、１つ以上の電磁エネルギー供給源１０６に動作可能に結合される。ＡＭシステム１００は、図示されている実施形態では１つの電磁エネルギー供給源１０６を有しているが、ＡＭシステム１００は、別の実施形態において、アレイ状または一列に配置された複数の電磁エネルギー供給源１０６を備えてもよい。
【００１５】
一例において、粉体１１６は、別の非金属の充填剤粒子（非金属充填材料など）を含まず、１種類の金属または合金材料を含む均質な粉体であってもよい。粉体１１６の金属または合金材料は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、コバルト、チタニウムなどの様々な金属種、および様々な金属種の合金を含んでもよい。別の例において、粉体１１６は、非金属充填材料を含む、またはこれを含まない、複数の異なる種類の金属および／または合金を含む。粉体１１６に含まれる可能な非金属充填材料には、セラミック、ポリマー、シリカなどが含まれ得る。粉体１１６を収容する粉体貯留部１１４は、特定の量の粉体１１６をプレート１０２上に選択的に放出することが可能である。粉体貯留部１１４は、粉体貯留部１１４の吐出口１２２に沿った弁１２０を備える。弁１２０は、粉体貯留部１１４から出る粉体１１６の堆積を制御するために開閉することができる。弁１２０は、制御部１０８に動作可能に接続されてもよく、その結果、制御部１０８は、弁１２０から受信した制御信号に応答して選択的に開閉されてもよい。図１において、粉体１１６の堆積１２４は、粉体貯留部１１４の吐出口１２２の下方で、プレート１０２の第１の面１２６に配置される。堆積１２４は、電磁エネルギー供給源１０６から放射される電磁エネルギービームを受けるのに備えて、プレート１０２の第１の面１２６に沿って分散され広げられるように準備される。
【００１６】
プレート１０２は、電磁エネルギー供給源１０６と、製造されるオブジェクト１１８との間に配置される。プレート１０２は、第１の面１２６と、第１の面１２６の反対側にある第２の面１２８とを有する。図示されている実施形態において、造形支援装置１０４、加熱器具１１２、オブジェクト１１８、スプレッダ１１０、および粉体貯留部１１４は、プレート１０２の第１の面１２６に沿って配置され、その結果、これらの構成部品が第１の面１２６に機械的に接触または係合するしないにかかわらず、第１の面１２６はこれらの構成部品に面する。電磁エネルギー供給源１０６は、反対側にある、プレート１０２の第２の面１２８に沿って配置される。
【００１７】
ＡＭシステム１００は、横軸１９１、縦軸１９２、および長手方向軸１９３に対して配向される。軸１９１〜１９３は、相互に垂直である。図示されている配向において、長手方向軸１９３は、紙面に出入りする向きに延伸する。軸１９１〜１９３は、重力に対して特定の配向を有する必要はない。少なくとも１つの実施形態において、縦軸１９２は、重力に対してほぼ平行に垂直方向に延伸する。例えば、図１におけるプレート１０２の第１の面１２６は、垂直方向に上向きの、プレート１０２の上面であってもよく、プレート１０２の第２の面１２８は、垂直方向に下向きの、プレート１０２の下面であってもよい。粉体１１６の堆積１２４は、重力によってプレート１０２の第１の面１２６、すなわち上面１２６に保持される。例えば、粉体１１６の重さは、粉体１１６がプレート１０２からずれ落ちるのを防止する。
【００１８】
プレート１０２は少なくとも半透明であり、完全に透明であってもよい。電磁エネルギー供給源１０６から放射された電磁エネルギービームは、プレート１０２の厚さを貫通してから、粉体１１６の選択した部分をオブジェクト１１８に融合するために粉体１１６の階層に当たる。プレート１０２は硬質である。第１の面１２６と第２の面１２８とは、平面で互いに平行であってもよい。プレート１０２は、ガラス、アルミナ、ポリカーボネートなどであってもよく、あるいはこれらを含んでもよい。限定的でない例において、プレート１０２は、単結晶サファイア（例えば、アルミナ）材料から構成される。
【００１９】
加熱器具１１２は、造形工程中にオブジェクト１１８を少なくとも部分的に囲む、筐体１３０を備える。加熱器具１１２は、筐体１３０内で熱エネルギー（すなわち、熱）を生成する、加熱素子１３２をさらに備える。加熱器具１１２は、オブジェクト１１８の温度を調整する。例えば、加熱器具１１２は、オブジェクト１１８の内部温度が筐体１３０の外側の周囲の室温よりも高くなるように、造形工程中にオブジェクト１１８を加熱してもよい。オブジェクト１１８の温度が上昇すると、オブジェクト１１８が加熱されない場合よりも、粉体１１６がオブジェクト１１８に容易に接着することが可能になる。例えば、電磁エネルギービームが当たる粉体１１６の一部は、オブジェクト１１８が加熱されない場合よりも迅速に、かつ／または必要なビームエネルギーがより少なく、加熱されたオブジェクト１１８に接着でき、オブジェクト１１８をより速く、かつ／または効率的に製造することが可能になり得る。
【００２０】
筐体１３０は、完全に、または部分的にのみ、オブジェクト１１８を囲んでもよい。図１の筐体１３０は、２枚の側壁１３４を含むいくつかの断熱壁と、側壁１３４に結合されて、側壁１３４同士の間に延伸する天井１３６と、これも側壁１３４同士の間に延伸する、裏側にある裏壁１３８とを有する。筐体１３０は、図１の断面図では省略されている前壁を含んでもよい。図示されている実施形態では、筐体１３０はプレート１０２の第１の面１２６と係合し、その結果プレート１０２は、筐体１３０の外に熱が放散するのを阻止するための、筐体１３０の床を画定する。代替的な実施形態において、筐体１３０はプレート１０２から離間されてもよい。筐体１３０は、粉体貯留部１１４の近位にある、側壁１３４を通る開口部１３９を含む。開口部１３９は、筐体１３０内で粉体１１６をプレート１０２の第１の面１２６の上に広げるために、スプレッダ１１０が開口部１３９を通過して筐体１３０の中に入れるような大きさにされる。代替的な実施形態において、筐体１３０は、開口部１３９がなくてもよい。例えば、スプレッダ１１０は、筐体１３０から出ることなく、造形工程の全体を通じて筐体１３０内に保持されてもよく、あるいは筐体１３０は、スプレッダ１１０が筐体１３０とプレート１０２との間を通るように、プレート１０２から一定の距離を離して懸架されてもよい。
【００２１】
加熱素子１３２は、電気エネルギー（すなわち、電流）を、筐体１３０に供給される熱エネルギーに変換する電気抵抗素子を含んでもよい。例えば、加熱素子１３２は、熱生成用の電流を受けるために、電線ケーブルを介して壁コンセントなどの電源に導電接続されてもよい。加熱素子１３２は、筐体１３０内の温度を制御するために、生成されて筐体に供給される熱を調整する、制御回路および／または装置（例えば、スイッチ、リレー）を含んでもよい。制御部１０８は、有線または無線接続を介して、加熱素子１３２に動作可能に接続されてもよい。制御部１０８は、筐体１３０内の温度、および／またはオブジェクト１１８の内部温度を指定の温度、または指定の温度範囲内に維持する目的で加熱素子１３２を制御するために、加熱素子１３２に電気信号を伝えてもよい。例えば、オブジェクト１１８の造形工程中の指定温度は、１００°Ｆ（５６°Ｃ）より高くてもよく、これに限定されないが、例えば、２００°Ｆ（１１１°Ｃ）、３００°Ｆ（１６７°Ｃ）、または５００°Ｆ（２７８°Ｃ）であってもよい。指定温度は、融解温度の指定範囲内（例えば、１００°Ｆ以内、または２００°Ｆ以内など）など、粉体１１６の融解温度よりも低いが、これに比較的近くなるように選択されてもよい。
【００２２】
造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８に結合され、オブジェクト１１８を接触位置と離間位置との間で往復移動させるように、プレート１０２に対して移動可能である。離間位置では、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８をプレート１０２の第１の面１２６から離して保持する。オブジェクト１１８は、図１では離間位置にある。例えば、造形支援装置１０４は、第１の面（上面）１２６、および第１の面１２６上に配置された粉体１１６の任意の層または階層の上方で、オブジェクト１１８を持ち上げて懸架してもよい。造形支援装置１０４がオブジェクト１１８を接触位置に移動させると、オブジェクト１１８は、プレート１０２の第１の面１２６、および／または第１の面１２６上に分散された粉体１１６の階層と係合してもよい。
【００２３】
造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８に結合するプラットフォーム１４０と、プレート１０２に対してプラットフォーム１４０を移動させる直線駆動機構１４２とを備えてもよい。プラットフォーム１４０は、１つ以上の接着剤、締め具（例えば、ナットおよびボルト）、クリップ、ラッチ、バンド、フックなどを介してオブジェクト１１８に取り外し可能に結合される。図示されている実施形態では、プラットフォーム１４０は、オブジェクト１１８の近位端１５０に結合されている。オブジェクト１１８の近位端１５０は、オブジェクト１１８の遠位端１５２の反対側にある。オブジェクト１１８の遠位端１５２は、オブジェクト１１８が接触位置に移動されると、プレート１０２の第１の面１２６、または少なくとも、第１の面１２６上の粉体１１６の階層と係合する。オブジェクト１１８の近位端１５０が形成された後は、造形工程の残りの工程の間は、近位端１５０はプレート１０２または粉体１１６と係合しない。離間位置におけるプラットフォーム１４０の位置は、閾値下限距離、またはオブジェクト１１８の遠位端１５２と、プレート１０２の第１の面１２６との間隔に基づいてもよい。例えば、閾値下限距離は、第１の面１２６からスプレッダ１１０の上部までの距離よりも、少なくともわずかに大きくてもよく、これによりオブジェクト１１８が離間位置にある間は、スプレッダ１１０は、オブジェクト１１８とプレート１０２との間を確実に通過することができる。
【００２４】
直線駆動機構１４２は、任意の適切な電気機械式の電動アクチュエータ、および関連する機械的連動機構を含んでもよい。図示されている実施形態の直線駆動機構１４２は、筐体１３０の天井１３６に結合される。例えば、直線駆動機構１４２は、天井１３６からプラットフォーム１４０まで延伸し、造形支援装置１０４は、加熱器具１１２の筐体１３０内に配置される。あるいは、直線駆動機構１４２は、筐体１３０の側壁１３４に取り付けられてもよく、または筐体１３０に結合されなくてもよい。例示的な代替実施形態では、直線駆動機構１４２は、プレート１０２に直接結合されてもよく、あるいは（筐体１３０以外の）支持構造に取り付けられてもよい。
【００２５】
造形支援装置１０４の直線駆動機構１４２は、有線または無線の通信経路を介して、制御部１０８に動作可能に結合される。制御部１０８は、造形工程中にプレート１０２に対するオブジェクト１１８の位置決めを制御するために、直線駆動機構１４２に電気信号を伝える。オブジェクト１１８が接触位置にあるときの、プレート１０２および加熱器具１１２に対するプラットフォーム１４０の位置は、造形工程中は、オブジェクト１１８の大きさが増加するにつれて変動する場合があることは理解されよう。例えば、オブジェクト１１８がより大きくなる後の造形工程に比べて、オブジェクト１１８が小さいときは、造形工程の初期に接触位置に到達するように、プラットフォーム１４０はプレート１０２により近づく。同様に、離間位置にあるときのプレート１０２および加熱器具１１２に対するプラットフォーム１４０の位置もまた、造形工程中はオブジェクト１１８が大きくなるにつれて変化し得る。
【００２６】
電磁エネルギー供給源１０６から出力されるエネルギービームは、オブジェクト１１８の遠位端１５２に対する粉体１１６の融解および／または融合を促進するのに十分な量のエネルギーを有する。電磁エネルギー供給源１０６は、レーザービーム発生器、電子ビーム発生器などであるか、またはこれらを含んでもよい。例えば、電磁エネルギー供給源１０６がレーザービーム発生器である実施形態では、電磁エネルギー供給源１０６は、エネルギービームを表すレーザービームを生成して放射する。レーザービーム発生器は、限定的でない例において、ファイバレーザーであってもよい。電磁エネルギー供給源１０６が電子ビーム発生器である実施形態では、電磁エネルギー供給源１０６は、エネルギービームを表す電子ビームを生成して放射する。電子ビーム発生器は、任意選択で単結晶カソード、マルチビーム装置であってもよい。電磁エネルギー供給源１０６は、エネルギービームをプレート１０２の別の選択された領域の方へ誘導するために、任意選択で１つ以上のレンズ、コリメータ、ミラーなどをさらに備えてもよい。電磁エネルギー供給源１０６は、有線または無線の通信経路を介して、制御部１０８に動作可能に接続される。制御部１０８は、造形工程中に生成され放射されるエネルギービームのタイミングおよび強度を制御するとともに、プレート１０２に分散された粉体１１６にエネルギービームが当たる位置に案内し誘導するために、電磁エネルギー供給源１０６に電気信号を伝える。
【００２７】
制御部１０８は、プログラムされた命令に基づいて動作するように構成された、１つ以上のプロセッサ１５４を含む。制御部１０８は、データ記憶装置（例えば、メモリ）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置、および／または無線通信装置などの、別の機能または構成部品を含んでもよい。メモリは、１つ以上のプロセッサ１５４の機能を規定する、プログラムされた命令（すなわち、ソフトウェア）を記憶してもよい。例えば、メモリは、製造されているオブジェクト１１８に関連する、ＣＡＤファイルなどのデータファイルを記憶してもよい。制御部（例えば、その１つ以上のプロセッサ１５４）は、データファイル内のデジタルオブジェクトのレプリカとしてオブジェクト１１８を製造するために、データファイルの命令に基づいて電磁エネルギー供給源１０６の動作を制御してもよい。制御部１０８は造形工程中に、造形支援装置１０４、加熱器具１１２、スプレッダ１１０、および／または粉体貯留部１１４の弁１２０のうちの１つ以上をさらに制御してもよい。図１において、制御部１０８は、電線１５６を介して、電磁エネルギー供給源１０６、加熱器具１１２の加熱素子１３２、スプレッダ１１０、および造形支援装置１０４に導電接続されて、これらの構成部品の動作を制御する。図示されていないが、制御部１０８は、粉体１１６をプレート１０２に堆積させるのを制御するために、配線を介して粉体貯留部１１４にある弁１２０に導電接続されてもよい。あるいは、制御部１０８は、電線１５６に沿って制御信号を導電的に伝達する代わりに、送受信機、送信機などを使用して無線制御信号を送信することによって、これらの構成部品と無線で通信してもよい。
【００２８】
任意選択で、図１に示すＡＭシステム１００のすべての構成部品、または少なくともそのサブセットは、単体の付加製造装置を画定するように、ハウジング（図示せず）の中に収容されるか、またはハウジングに取り付けられてもよい。ハウジングは、プレート１０２に対して、電磁エネルギー供給源１０６を固定位置に固定してもよい。付加製造装置は、机上または床上に置ける大きさにされてもよい。
【００２９】
図２は、実施形態による、プレート１０２とスプレッダ１１０を備えるＡＭシステム１００の一部の斜視図である。スプレッダ１１０は、粉体１１６をプレート１０２の第１の面１２６に拡散させ広げるために、プレート１０２を横切って移動可能である。スプレッダ１１０は、階層２０２すなわち粉体の層を形成するように、プレート１０２を横切って（図１に示す）堆積１２４を分散させる。例えば、スプレッダ１１０は、指定の形状、大きさ、および／または厚さになるように堆積１２４の表面領域を延伸するために、堆積１２４を押圧し、かつ／または平らにして堆積１２４を分散させて、階層２０２を形成する。階層２０２の厚さは、階層２０２の全領域で、または少なくとも大部分の領域で均一になり得る。階層２０２の指定の厚さは、１００ミクロン未満など比較的薄くてもよい。限定的でない例において、スプレッダ１１０は、厚さ約３０ミクロン、または約６０ミクロンの階層２０２を形成するように、粉体１１６を分散させてもよい。スプレッダ１１０は、結果として生じる階層２０２の厚さを制御するために、プレート１０２の第１の面１２６に対して、縦軸１９２に沿って調節可能であってもよい。
【００３０】
図示されている実施形態において、スプレッダ１１０は、長手方向軸１９３に沿って延びている。スプレッダ１１０は、円筒形のローラー、ブレード（例えば、リコーターブレード）などであってもよい。スプレッダ１１０は、粉体１１６を分散させかつ広げて階層２０２にするために、プレート１０２に対して横軸１９１と平行に移動する。任意選択で、スプレッダ１１０は、スプレッダ１１０が横軸１９１と平行に移動する軌道を提供するレール２０４に結合される。レール２０４は、プレート１０２に対して所定の場所に固定され、任意選択でプレート１０２と係合してもよい。例えば、レール２０４は、プレート１０２の第２の面１２８に取り付けられてもよい。スプレッダ１１０は、取り付けアーム２０６を介してレール２０４に結合される。取り付けアーム２０６、および／またはレール２０４は、レール２０４およびプレート１０２に対してスプレッダ１１０および取り付けアーム２０６の移動を制御する、電動アクチュエータを備えてもよい。
【００３１】
図３は、プレート１０２と、造形支援装置１０４のプラットフォーム１４０と、スプレッダ１１０と、電磁エネルギー供給源１０６とを備える、図１に示す実施形態による、ＡＭシステム１００の一部を示す。図３に示されているのは、オブジェクト１１８の造形工程の中間段階にあるＡＭシステム１００であり、したがって図３のオブジェクト１１８は未完成かつ不完全である。
【００３２】
図３に示されるのは、図１に示す段階に続く段階であってもよい。例えば、粉体１１６の堆積１２４（図１に示す）がプレート１０２の第１の面１２６に堆積された後に、スプレッダ１１０が、粉体１１６を広げて階層２０２にするために、プレート１０２の第１の面１２６を横切って第１の方向３０２に移動するように制御される。説明のために、図３では階層２０２の厚さが誇張されている場合がある。例えば、階層２０２は、１００ミクロン未満など比較的薄くてもよい。スプレッダ１１０が移動することにより、厚さが比較的均一になるように、粉体１１６が第１の面１２６上に分散する。スプレッダ１１０は、造形支援装置１０４がオブジェクト１１８を離間位置で保持している間に第１の方向３０２に移動し、これによりオブジェクト１１８がスプレッダ１１０の移動を妨げることなく、スプレッダ１１０はオブジェクト１１８とプレート１０２との間を移動することが可能になる。図１を参照して前述したように、制御部１０８（図１に示す）は、造形支援装置１０４およびスプレッダ１１０の移動を制御してもよく、その結果、スプレッダ１１０が第１の方向３０２に移動し、その後、反対方向に戻ってスプレッダ１１０の休止位置にくるまでの間、造形支援装置１０４はずっと離間位置に留まる。
【００３３】
図示されている配向において、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８をプレート１０２の上方に持ち上げ、スプレッダ１１０は、オブジェクト１１８の下で粉体１１６を分散して階層２０２にするために、オブジェクト１１８の下を移動する。階層２０２は、重力によってプレート１０２の第１の面（すなわち上面）１２６に保持される。電磁エネルギー供給源１０６は、プレート１０２の第２の面（または下面）１２８の下方に配置される。プレート１０２は、階層２０２と電磁エネルギー供給源１０６との間に配置され、階層２０２は、オブジェクト１１８とプレート１０２との間に配置される。
【００３４】
図４は、図３に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３に示すＡＭシステム１００の一部を示す。スプレッダ１１０は、休止位置にあることが示されており、造形支援装置１０４は接触位置にある。実施形態において、スプレッダ１１０が粉体１１６を分散させて階層２０２にして休止位置に戻った後に、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８を離間位置から接触位置に移動させるように制御される。造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８の遠位端１５２が階層２０２と係合するまで、プレート１０２の第１の面１２６に向かって移動する。オブジェクト１１８は、遠位端１５２が階層２０２と係合していることに応答して、接触位置に到達してもよい。図示されている配向において、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８を階層２０２の上に垂直に下げる。前述したように、造形支援装置１０４の移動は、その中に１つ以上のプロセッサ１５４（図１）を含む制御部１０８（図１に示す）によって制御されてもよい。
【００３５】
図５は、図４に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３および図４に示すＡＭシステム１００の一部を示す。造形支援装置１０４がオブジェクト１１８を動かして階層２０２と係合させた後に、電磁エネルギー供給源１０６が、１つ以上のエネルギービーム３０４を生成してプレート１０２に向かって放射するように制御される。エネルギービーム３０４は、レーザービームまたは電子ビームであってもよい。エネルギービーム３０４は、所定の位置で透明または半透明のプレート１０２を貫通するように誘導される。エネルギービーム３０４は、第２の面１２８を通ってプレート１０２に入り、第１の面１２６を通ってプレート１０２から出る。エネルギービーム３０４は、プレート１０２を通過し、プレート１０２から出る際に、階層２０２の選択した部分３１０に当たる。エネルギービーム３０４は、階層２０２の選択した部分３１０にある粉体１１６を融解および／または融合し、これにより、選択した部分３１０をオブジェクト１１８の遠位端１５２に接着させて、オブジェクト１１８の新しい層を形成する。
【００３６】
制御部１０８（図１に示す）の１つ以上のプロセッサ１５４は、電磁エネルギー供給源１０６からのエネルギービーム３０４の放射および案内を制御する。例えば、電磁エネルギー供給源１０６は、造形支援装置１０４がオブジェクト１１８を階層２０２と接触させて保持している間に、エネルギービーム３０４を放射するようにのみ制御される。エネルギービーム３０４を受ける、階層２０２の選択した部分３１０は、コンピューター設計モデルに基づいて決定される。例えば、オブジェクト１１８の別の層は、コンピューター設計モデルに従って、別の断面形状および／または大きさを有してもよい。エネルギービーム３０４は、レンズ、コリメータ、ミラーなどの配置可能な光学素子を使用することによって、階層２０２の選択した部分３１０に案内されてもよい。
【００３７】
本開示の１つ以上の実施形態において、オブジェクト１１８は、図３、図４、および図５を参照して説明した全段階で、加熱器具１１２（図１に示す）の筐体１３０内に配置される。例えば、オブジェクト１１８の全体（または少なくとも大部分）が、加熱器具１１２の筐体１３０（図１）内に配置されてもよい。オブジェクト１１８は、オブジェクト１１８の温度を、ＡＭシステム１００を囲む周囲温度よりも高い指定した温度、または指定した温度範囲内に維持するために、加熱器具１１２によって加熱されてもよい。例えば、オブジェクト１１８は、オブジェクト１１８がプレート１０２の第１の面１２６に向かって移動されている間、オブジェクト１１８が階層２０２と接触している間、およびエネルギービーム３０４が階層２０２の選択した部分３１０に向かって放射されている間は、周囲温度を上回る上昇した温度を有するように、加熱器具１１２によって加熱されてもよい。指定した温度（または温度範囲）は、オブジェクト１１８の材料の融解温度よりも低いが、これに比較的近い温度であってもよい。例えば、オブジェクト１１８の融解点が６２０℃である場合、筐体１３０の温度は、温度勾配を低減するために６００℃またはその付近に保持され得る。
【００３８】
オブジェクト１１８の塊全体（または少なくともその大部分）が指定した温度まで加熱されるため、オブジェクト１１８は、オブジェクト１１８の異なる部分で温度勾配が著しく大きくなることはない。例えば、製造工程中にオブジェクト１１８のすべての部分が、２°Ｆ、５°Ｆ、１０°Ｆなど、互いに狭い温度範囲内になり得る。階層２０２の選択した部分３１０に融合される、オブジェクト１１８の遠位端１５２の温度が、オブジェクト１１８の近位端１５０の温度と類似している（例えば、狭い温度範囲内にある）ために、オブジェクト１１８は製造工程中に、温度勾配に起因する内部残留応力および／または変形の影響を受けることがない。本明細書で述べるＡＭシステム１００は、本明細書で述べる製造工程の方法論、およびオブジェクト１１８を比較的均一に加熱することによって、知られている付加製造システムに比べて亀裂、変形などのおそれを低減し、金属含有部品を正確かつ一貫して製造することができる。
【００３９】
図６は、図５に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３から図５に示すＡＭシステム１００の一部を示す。階層２０２の選択した部分３１０がオブジェクト１１８に融合された後に、電磁エネルギー供給源１０６は、エネルギービーム３０４の放射を停止するように制御される。その後、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８をプレート１０２から離して離間位置にするように制御される。オブジェクト１１８に新しい層３１２を形成するためにオブジェクト１１８に融合された粉体１１６は、プレート１０２上にある粉体１１６の残存部分３１４から離間される。残存部分３１４は、選択されず、エネルギービーム３０４によってオブジェクト１１８に融合されなかった、階層２０２内の粉体１１６を表す。新しい層３１２をオブジェクト１１８の以前の遠位端から分離している破線は、説明する目的でのみ図６に含まれており、オブジェクト１１８の連続する層同士の間にいかなる物理的な分離または継ぎ目が存在することも意味していないことは理解されよう。層３１２は、離間位置でさらに空気流にさらされている間に、冷却され凝固されてもよい。
【００４０】
オブジェクト１１８をプレート１０２から離した後に、階層２０２の粉体１１６の残存部分３１４は、任意選択でプレート１０２から取り除かれてもよい。例えば、粉体１１６は、粉体１１６を再使用または廃棄するために掃引、ブロー、吸引、あるいはその他の方法で回収用リザーバ（図示せず）の中に移動されてもよい。階層２０２の残存部分３１４を除去した後に、オブジェクト１１８に後続の層を付着させるのに備えて、粉体の別の階層を堆積させてプレート１０２の第１の面１２６に広げることができる。あるいは、以前の階層２０２の残存部分３１４は、後続の階層を形成するために追加の粉体を堆積させる前に、プレート１０２の第１の面１２６から除去されなくてもよい。例えば、後続の階層を画定するために、新しい粉体が残存部分３１４と混合してもよい。
【００４１】
図７は、図６に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３から図６に示すＡＭシステム１００の一部を示す。図７は、オブジェクト１１８が離間位置（持ち上げられた位置）に留まっている間に、スプレッダ１１０が、粉体１１６の後続の、第２の階層４０２をプレート１０２の第１の面１２６上に分散するように制御されることを示す。図７ではオブジェクト１１８が、オブジェクト１１８の遠位端１５２を画定する新しい層３１２を有していること以外は、図７の段階は図３に示す段階と類似している。任意選択で、第２の階層４０２を形成するために分散される粉体１１６は、図１から図６に示す粉体１１６と同種の粉体であってもよい。あるいは、分散されて第２の階層４０２になる粉体１１６は、以前の階層２０２（ここでは第１の階層２０２とも呼ばれる）を形成した粉体１１６とは別の粉体（例えば、別の種類の粉体）であってもよい。例えば、ＡＭシステム１００は、階層の組成を変えることによって、異なる層同士の間のグレーディング（例えば、オブジェクト１１８の材料組成を変える）を可能にしてもよい。ＡＭシステム１００は、粉体層を使用する既知の付加製造システムに比べて、グレーディングするときに浪費される粉体の量を削減し得る。例えば、オブジェクト１１８に各層が付着された後に、階層の粉体の残存部分が配置される場合であっても、残存部分の粉体の量は、粉体層の粉体を変更および／または混合するときに浪費される粉体の量よりもずっと少ない。
【００４２】
図８は、図７に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３から図７に示すＡＭシステム１００の一部を示す。プレート１０２上に第２の階層４０２を広げた後に、造形支援装置１０４は、オブジェクト１１８の遠位端１５２（新しく追加された層３１２によって画定される）が第２の階層４０２に接触するまで、オブジェクト１１８をプレート１０２の第１の面１２６に向かって移動させるように再度制御される。図９は、図８に示す段階に続く、オブジェクト１１８の造形工程の一段階における、図３から図８に示すＡＭシステム１００の一部を示す。オブジェクト１１８の遠位端１５２が第２の階層４０２と接触すると、電磁エネルギー供給源１０６が、１つ以上のエネルギービーム３０４を再度生成してプレート１０２に向かって放射するように制御される。図５を参照して前述したように、エネルギービーム３０４は、プレート１０２を貫通して、第２の階層４０２の粉体１１６の選択した部分４１０に当たるように誘導される。選択した部分４１０は、図５に示す第１の階層２０２の選択した部分３１０とは異なる断面サイズおよび／または形状を有してもよい。選択した部分４１０の粉体１１６は、前述したように、オブジェクト１１８の以前の層３１２に融解および／または融合して、オブジェクト１１８の新しい層を形成する。例えば、オブジェクト１１８の連続する各層（例えば、追加の層）が以前の層の上に形成されるように造形工程を繰り返して、完成した、または完全なオブジェクト１１８を画定する金属含有材料の固体の塊を徐々に形成してもよい。
【００４３】
図１０は、本開示の実施形態による、付加製造の方法５００のフローチャートである。方法５００は、図１に示す制御部１０８の１つ以上のプロセッサ１５４によって、全体的に、または少なくとも部分的に実行されてもよい。図１から図９を参照すると、方法５００は、粉体１１６の階層２０２が、透明または少なくとも半透明なプレート１０２の第１の面１２６に堆積されて広げられる、ステップ５０２から開始する。粉体１１６は、金属粒子を含む。粉体１１６は、粉体１１６を分散させて階層２０２にするために、スプレッダ１１０をプレート１０２の第１の面１２６を横切って移動させることによって、プレート１０２に広げられてもよい。階層２０２は、厚さが均一であってもよい。例えば、階層２０２の厚さは、１００μｍ未満であってもよい。
【００４４】
ステップ５０４において、オブジェクト１１８は、加熱器具１１２の筐体１３０内で加熱される。加熱器具１１２は、オーブンまたは炉であってもよい。筐体１３０内のオブジェクト１１８は、付加製造によって形成される未完成の製造部品または加工物である。オブジェクト１１８は、周囲環境の温度を上回るように、オブジェクト１１８の温度を上昇させるために加熱される。筐体１３０内のオブジェクト１１８は造形支援装置１０４に結合されてもよく、造形支援装置１０４は、造形支援装置１０４とプレート１０２との間でオブジェクト１１８を保持する。
【００４５】
ステップ５０６において、オブジェクト１１８は、オブジェクト１１８が粉体１１６の階層２０２と接触するように、プレート１０２の第１の面１２６に向かって移動される。例えば、オブジェクト１１８は、直線駆動機構１４２を備える造形支援装置１０４によって移動されてもよい。オブジェクト１１８は、プレート１０２に向かって移動している間、およびオブジェクト１１８が階層２０２と係合している間は、任意選択で筐体１３０内に留まってもよい。
【００４６】
ステップ５０８において、１つ以上のエネルギービーム３０４は、１つ以上の電磁エネルギー供給源１０６から、プレート１０２、およびその上にある粉体１１６の階層２０２に向かって誘導される。１つ以上の電磁エネルギー供給源１０６は、階層２０２から見てプレート１０２の反対側に沿って配置される。１つ以上のエネルギービーム３０４は、プレート１０２を貫通し、プレート１０２から出る際に階層２０２の選択した部分３１０の粉体１１６に当たる。エネルギービーム３０４は、選択した部分３１０の粉体１１６を融解および／または融合し、融解した粉体１１６をオブジェクト１１８の遠位端１５２に接着させて、オブジェクト１１８の（新しい）層３１２を形成する。融解した粉体１１６は、表面張力（例えば、毛細管現象）、および／または化学結合によってオブジェクト１１８に接着してもよい。選択した部分３１０は、コンピューター設計モデルに基づいていてもよく、エネルギービーム３０４は、電磁エネルギー供給源１０６に関連付けられた、調節可能なレンズ、ミラーなどの光学素子を制御することによって、選択した部分３１０に誘導される。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態において、ＡＭシステム１００は、プレート１０２の第１の面１２６がほぼ垂直上向きに面し、粉体１１６の階層２０２が、重力によって第１の面１２６に保持されるように配向される。１つ以上の電磁エネルギー供給源１０６は、プレートが電磁エネルギー供給源１０６と粉体１１６との間にくるように、プレート１０２の第２の面、すなわち下面１２８の下方に配置される。
【００４８】
ステップ５１０において、オブジェクト１１８は、プレート１０２の第１の面１２６から離され、その結果、オブジェクト１１８は、階層２０２に残っている粉体１１６から離間される。オブジェクト１１８は、オブジェクト１１８を階層２０２内の残存している粉体１１６から持ち上げて離す（例えば、持ち上げる）ように、造形支援装置１０４を制御することによって移動されてもよい。層３１２を形成するためにオブジェクト１１８に接着した、融解された粉体１１６の一部はオブジェクト１１８に留まり、オブジェクト１１８がプレート１０２から離されたときに、階層２０２から離間される。ステップ５１２において、階層２０２における粉体１１６の残存部分３１４は、オブジェクト１１８がプレート１０２から離された後に、任意選択でプレート１０２から除去されてもよい。例えば、除去された粉体は廃棄されてもよく、または再使用するために回収されてもよい。オブジェクト１１８に後続の層を付着させるために使用される、後続の第２の階層４０２を形成するために、プレート１０２にある残存部分３１４に追加の量の粉体１１６が追加されてもよいため、残存部分３１４の除去は任意選択である。
【００４９】
ステップ５１４において、製造されているオブジェクト１１８が完成したかどうかの判断が下される。判断は、オブジェクト１１８に関連付けられたコンピューター設計モデルなどの、プログラムされた命令を参照することによって下される。層３１２の追加後にオブジェクト１１８が完成していない場合は、オブジェクト１１８の層３１２に後続の層を付着させるために、方法５００のフローはステップ５０２に戻る。例えば、ステップ５０２に戻る際に、第２の階層４０２を形成するために、追加の量の粉体１１６がプレート１０２の第１の面１２６に広げられる。第２の階層４０２の粉体１１６は、第１の階層２０２の粉体１１６と同種の粉体、または異なる種類の粉体であってもよい。一方、オブジェクト１１８が完成していて追加の層を必要としないと判断された場合は、方法５００は終了してもよい。任意選択で、前述したオブジェクト１１８と同じ、または異なる別のオブジェクトを製造するために、方法５００を再開してもよい。
【００５０】
また、本開示は、以下の項に基づく実施形態を含む。
【００５１】
項１．少なくとも半透明のプレートと、オブジェクトと結合する造形支援装置であって、造形支援装置は、オブジェクトをプレートの第１の面に広げられた粉体の階層に接離するように移動させるために、プレートに対して移動可能であり、粉体は金属粒子を含む、造形支援装置と、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源と、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源に動作可能に接続され、かつオブジェクトの層を形成するために、プレートを貫通し、プレートを出る際に階層内の粉体の選択した部分に当たる１つ以上のエネルギービームを放射するように、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源を制御する、１つ以上のプロセッサとを備える、付加製造システム。
【００５２】
項２．オブジェクト、および造形支援装置の少なくとも一部を囲む筐体を含む、加熱器具をさらに備える、項１に記載のシステム。
【００５３】
項３．加熱器具が、オブジェクトを指定の温度または温度範囲に維持するために、オブジェクトを加熱するように構成される、項２に記載のシステム。
【００５４】
項４．プレートが、オブジェクトと少なくとも１つの電磁エネルギー供給源との間に配置される、項１に記載のシステム。
【００５５】
項５．プレートの第１の面に沿って配置され、粉体を分散させて階層を指定の厚さで形成するために、プレートを横切って移動可能な、スプレッダをさらに備える、項１に記載のシステム。
【００５６】
項６．１つ以上のプロセッサが、スプレッダに動作可能に接続され、かつ造形支援装置がオブジェクトをプレートから離れた離間位置で保持している間に、粉体を分散させるためにプレートを横切って移動するようスプレッダを制御するように構成され、その結果、スプレッダがオブジェクトとプレートとの間を通過する、項５に記載のシステム。
【００５７】
項７．１つ以上のプロセッサが、造形支援装置に動作可能に接続され、１つ以上のエネルギービームの放射中は、オブジェクトが階層と接触するように保持し、１つ以上のエネルギービームの放射後は、オブジェクトをプレートから離すよう造形支援装置を制御するように構成され、その結果、形成されたオブジェクトの層が、階層内の粉体の残存部分から離間される、項１に記載のシステム。
【００５８】
項８．粉体が、金属粒子に加えて非金属粒子を含む、項１に記載のシステム。
【００５９】
項９．粉体の階層が広げられるプレートの第１の面が、プレートの上面であり、階層が重力によって上面に保持され、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源が、上面の反対側にあるプレートの下面の下方に配置される、項１に記載のシステム。
【００６０】
項１０．少なくとも１つの電磁エネルギー供給源が、レーザービーム発生器または電子ビーム発生器を含む、項１に記載のシステム。
【００６１】
項１１．プレートが、単結晶サファイア材料を含む、項１に記載のシステム。
【００６２】
項１２．プレートの第１の面に粉体の第１の階層を広げるステップであって、粉体は金属粒子を含み、プレートは少なくとも半透明である、ステップと、粉体の第１の階層と接触させるように、オブジェクトをプレートの第１の面に向かって移動させるステップと、オブジェクトの第１の層を形成するために、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源から、プレートを貫通し、プレートから出る際に第１の階層の粉体の第１の選択した部分に当たるように、１つ以上のエネルギービームを誘導するステップとを含む、付加製造の方法。
【００６３】
項１３．第１の階層を広げるステップが、粉体を分散させるために、プレートの第１の面を横切ってスプレッダを移動させるステップを含む、項１２に記載の方法。
【００６４】
項１４．オブジェクトがプレートの第１の面に向かって移動されている間、およびオブジェクトが、プレート上にある粉体の第１の階層に接触している間に、加熱器具の筐体内でオブジェクトを加熱するステップをさらに含む、項１２に記載の方法。
【００６５】
項１５．粉体の第１の階層が広げられるプレートの第１の面が、プレートの上面であり、第１の階層が重力によって上面に保持され、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源が、上面の反対側にあるプレートの下面の下方に配置される、項１２に記載の方法。
【００６６】
項１６．オブジェクトの第１の層が、第１の階層内にある粉体の残存部分から離間されるように、プレートを通して１つ以上のエネルギービームを誘導するステップの後に、オブジェクトをプレートの第１の面から離すステップをさらに含む、項１２に記載の方法。
【００６７】
項１７．オブジェクトをプレートの第１の面から離すステップに続いて、方法が、第１の階層にある粉体の残存部分を、プレートの第１の面から除去するステップをさらに含む、項１６に記載の方法。
【００６８】
項１８．オブジェクトをプレートの第１の面から離すステップに続いて、方法が、粉体または別の粉体の第２の階層をプレートの第１の面の上に広げるステップと、オブジェクトの第１の層が第２の階層に接触するように、オブジェクトをプレートの第１の面に向かって移動させるステップとをさらに含む、項１６に記載の方法。
【００６９】
項１９．オブジェクトが造形支援装置とプレートとの間に懸架されるように、オブジェクトを造形支援装置に結合するステップであって、造形支援装置の直線駆動機構を作動させることによって、オブジェクトがプレートに対して移動される、ステップをさらに含む、項１２に記載の方法。
【００７０】
項２０．少なくとも半透明のプレートと、金属粒子を含む粉体であって、粉体はプレートの上面に堆積される、粉体と、プレートの上面の上方に取り付けられた加熱器具であって、加熱器具は、プレートに対して移動可能なオブジェクトを囲む筐体を備え、オブジェクトを加熱する、加熱器具と、プレートの上面の上方に取り付けられ、粉体を分散させて、指定の厚さを有する階層にするために、プレートを横切って移動可能な、スプレッダと、上面の反対側にある、プレートの下面の下方に配置される、であって、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源は、オブジェクトが階層と接触するように保持されているときに、１つ以上のエネルギービームがプレートを貫通し、プレートを出るときに階層の粉体の選択した部分に当たり、粉体の選択した部分を融解してオブジェクトに層を形成するように、プレートに向かって１つ以上のエネルギービームを放射する、少なくとも１つの電磁エネルギー供給源とを備える、付加製造システム。
【００７１】
上部、底部、下部、中間、側方、水平、垂直（縦）、前面等の、空間や方向を表す様々な用語が、本開示の実施形態を説明するために使用される場合があるが、このような用語は、単に図に示されている向きに対して使用されていることが理解されよう。向きは、上部が下部であったり、あるいはその逆も可能であり、水平が垂直になったり等、反転し、回転し、あるいはその他の方法で変更されてもよい。
【００７２】
本明細書の実施形態の図は、図１に示す制御部１０８などの、１つ以上の制御部、または処理部を示す場合がある。制御部、または処理部は、本明細書で説明する動作を実行する、関連する命令（例えば、コンピューターハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの有形で非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体に記憶されたソフトウェア）を含むハードウェアとして実装され得る電気回路、またはこれらの一部を表す場合があることが理解されよう。ハードウェアは、本明細書で説明する機能を実行するために、配線で接続されたステートマシン回路を含んでもよい。ハードウェアは、マイクロプロセッサ、プロセッサ、コントローラーなどの１つ以上の論理型装置を含む、かつ／または１つ以上の論理型装置に接続された、電気回路を備えてもよい。任意選択で、制御部１０８、またはその１つ以上のプロセッサ１５４は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、（複数の）マイクロプロセッサ、量子計算機などのうちの１つ以上の処理回路を表してもよい。様々な実施形態における回路は、本明細書で説明する機能を実行するために、１つ以上のアルゴリズムを実行するように構成されてもよい。１つ以上のアルゴリズムは、フローチャート、または方法で明確に特定されているかどうかにかかわらず、本明細書で開示する実施形態の態様を含んでもよい。
【００７３】
本明細書で用いる「制御部」などの用語は、マイクロコントローラー、縮小命令セットコンピューター（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、ならびに本明細書で述べる機能を実行できるハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせを含む、その他任意の回路またはプロセッサを用いるシステムを含む、任意のプロセッサに基づくシステム、またはマイクロプロセッサに基づくシステムを含んでもよい。これらは単に例示目的であり、したがってこのような用語の定義および／または意味を、どのような形であれ限定することは意図していない。図１に示す制御部１０８は、データを処理するために、１つ以上の記憶素子（１つ以上のメモリなど）に記憶された、一組の命令を実行するように構成される。命令の組は、処理機としての制御部１０８（例えば、その（複数の）プロセッサ１５４）に、本明細書で説明する主題の様々な実施形態の方法、および工程などの、特定の動作を実行するように命令する、様々なコマンドを含んでもよい。命令の組は、ソフトウェアプログラムの形をとってもよい。処理機による入力データの処理は、ユーザーコマンドに対する応答、または前の処理結果に対する応答、あるいは別の処理機によって出された要求に対する応答であってもよい。本明細書で用いられる「ソフトウェア」という用語は、コンピューターで実行するためにメモリに記憶された任意のコンピュータープログラムを含み、メモリは、これに限定されないが、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む。
【００７４】
本明細書で使用する、タスクまたは作業を実行する「ように構成された」構造、制限、または要素は、特に構造的に、そのタスクまたは作業に対応する方法で形成され、構築され、または適合される。明確にして疑義を回避するために、タスクまたは作業を実行するように、単に修正されることが可能なだけの物体は、本明細書で用いられる場合、そのタスクまたは作業を実行する「ように構成された」ものではない。
【００７５】
上述の説明は、例示を意図しており、制限を意図していないことが理解されよう。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。また、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の様々な実施形態の教示に、特定の状況または材料を適合させるために、多くの修正を行うことができる。本明細書で説明される寸法および材料のタイプは、本開示の様々な実施形態のパラメータを定義することが意図されており、本実施形態は、限定するものではなく、例示的な実施形態である。上述の説明を検討すれば、他の多くの実施形態が、当業者には明らかになるであろう。本開示の様々な実施形態の範囲は、したがって、添付の特許請求の範囲を、このような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲とともに参照して判断されるべきである。添付の特許請求の範囲に置いて、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ（ここにおいて）」という用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」および「ｗｈｅｒｅｉｎ（ここにおいて）」というそれぞれの用語の、平易な英語（ｐｌａｉｎ−Ｅｎｇｌｉｓｈ）の等価物として用いられる。さらに、「第１」、「第２」および「第３」等の用語は、単に標識として用いられ、そのものに数値的な要件を与えることを意図するものではない。また、以下の特許請求の範囲の制限は、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の形式では書かれておらず、このような特許請求の範囲の限定が、「〜のための手段」という語句を明確に使用した後に、さらなる構造のない機能の記載が続かない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図していない。
【００７６】
本明細書は、最良の態様を含む本開示の様々な実施形態を開示するため、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含み、当業者が本開示の様々な実施形態を実施できるようにするために例を使用する。本開示の様々な実施形態の特許請求可能な範囲は請求項によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。このような他の例は、その例が、請求項の文言と異ならない構造要素を有するか、あるいはその例が、請求項の文言とごくわずかしか異ならない均等な構造要素を含む場合は、特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００７７】
１００  付加製造（ＡＭ）システム
１０２  プレート
１０４  造形支援装置
１０６  電磁エネルギー供給源
１０８  制御部
１１０  スプレッダ
１１２  加熱器具
１１４  粉体貯留部
１１６  粉体
１１８  オブジェクト
１２０  弁
１２２  吐出口
１２４  堆積
１２６  第１の面
１２８  第２の面
１３０  筐体
１３２  加熱素子
１３４  側壁
１３６  天井
１３８  裏壁
１３９  開口部
１４０  プラットフォーム
１４２  直線駆動機構
１５０  近位端
１５２  遠位端
１５４  プロセッサ
１５６  電線
１９１  横軸
１９２  縦軸
１９３  長手方向軸
２０２  第１の階層
２０４  レール
２０６  取り付けアーム
３０２  第１の方向
３０４  エネルギービーム
３１０  選択した部分
３１２  層
３１４  残存部分
４０２  第２の階層
４１０  選択した部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020076145.tif 000009
【図９】
2020076145.tif 000010
【図１０】
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【外国語明細書】
2020076145000001.pdf