(57)【要約】      （修正有）【課題】１つ又は複数のレーザを使用して製品を形成する付加製造方法を提供する。【解決手段】粉体床付加製造のための方法は、所定の移動速度で移動するレーザのための均一なピッチのラスター経路を画定することを含む。ラスター経路は、０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、レーザの出力密度レベルは、最大出力の少なくとも８０％であり、所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる。方法は、粉体の層を基板上に堆積することと、レーザに、画定されたラスター経路及びレーザの出力設定に従って、ある量の粉体を凝固させることとを含む。【選択図】図４
2020182975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体床付加製造のための方法であって、
所定の移動速度で移動するレーザのための均一なピッチのラスター経路を画定することであって、前記ラスター経路が０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、前記レーザの出力密度レベルが最大出力の少なくとも８０％であり、前記所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる、均一なピッチのラスター経路を画定することと、
粉体の層を基板上に堆積することと、
前記レーザに、画定された前記ラスター経路及び前記レーザの出力設定に従って、ある量の前記粉体を凝固させることと
を含む方法。
【請求項２】
前記ラスター経路が、約０．１ｍｍから約５ｍｍの横断距離を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ラスター経路が、約０．５ｍｍから約１ｍｍの横断距離を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ラスター経路が、約０．０８ｍｍから約０．２ｍｍのスキャン幅距離を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ラスター経路が、約０．１５ｍｍから約０．１８ｍｍのスキャン幅距離を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ラスター経路が、１ｍ２あたり約５，０００レーザパスから１ｍ２あたり約２５，０００レーザパスのスキャン密度を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ラスター経路が、１ｍ２あたり約８，７５０レーザパスから１ｍ２あたり約１８，７５０レーザパスのスキャン密度を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ラスター経路が、約０．０４ｍｍから約２ｍｍの平均ハッチ間隔を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ラスター経路が、約０．０９ｍｍから約０．１１ｍｍの平均ハッチ間隔を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の移動速度により、横断方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の移動速度により、横断方向の移動速度が約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒になる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザが、約２００Ｗから約１，０００Ｗのレーザビーム平均出力を有しており、前記レーザが、約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ストリップ幅が、約０．５ｍｍから約１ｍｍである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザが、前記基板のレーザ接触面に対して約８５ｏから約９５ｏの入射角で配置されたレーザビームを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
約５０Ｗから約４００Ｗのレーザビーム平均出力で前記粉体を前処理することを更に含み、前記前処理することが、前記粉体の層を前記基板上に堆積した後に実行される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、１つ又は複数のレーザを使用して製品を形成する方法を提示する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などの輸送体は、多くの金属構成要素を含む。これまで、金属付加製造は、主にチタニウム、ニッケル及び鋼合金に焦点を当ててきた。これは、堆積の容易さから、これらの合金を使用する際の有利な経済的要因までに及ぶ、様々な理由からであった。
【０００３】
しかしながら、最近の対象はアルミニウム合金に向けられており、特に、アルミニウム合金を体床融合（Ｌ−ＰＢＦ）プロセスでどのように使用できるかに焦点を当てている。付加製造されたアルミニウムにより、設計者は、性能と軽量化の両方の点で、付加製造の利点を得ることができる。しかしながら、現在、設計者は、他の従来の高強度アルミニウム合金（２ＸＸＸ、７ＸＸＸシリーズ）の処理が困難なため、性能が比較的低いアルミニウム−ケイ素鋳造合金に制限されている。現在、主要な付加製造アルミニウム合金は、Ａｌ１０ＳｉＭｇである。Ａｌ１０ＳｉＭｇは、容易に堆積されるが、機械的特性が、Ａｌ１０ＳｉＭｇの広範な用途を制限するほど劣っている。高強度の従来の鍛造合金は、凝固割れの高い感受性と堆積中の元素損失のため、容易に製造することができない。
【０００４】
残留応力割れを抑制することができる高強度合金の付加製造法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、１つ又は複数のレーザを使用して製品を形成する方法を提示する。
【０００６】
少なくとも１つの態様では、粉体床付加製造のための方法は、所定の移動速度で移動するレーザのための均一なピッチのラスター経路を画定することを含む。ラスター経路は、０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、レーザの出力密度レベルは、最大出力の少なくとも８０％であり、所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる。方法は、粉体の層を基板上に堆積することと、レーザに、画定されたラスター経路及びレーザの出力設定に従って、ある量の粉体を凝固させることとを含む。
【０００７】
少なくとも１つの態様では、付加製造のための方法は、材料の層を基板上に堆積することを含む。方法は、レーザをスキャン幅方向に１，０００ｍｍ／秒以上の移動速度で、基板に対してラスター経路で移動することによって、材料をレーザで処理することを含む。ラスター経路は、約０．１ｍｍから約５ｍｍの横断距離、約０．０８ｍｍから約０．２ｍｍのスキャン幅距離、及び約０．０４ｍｍから約２ｍｍの平均ハッチ間隔を有する。レーザは、約２００Ｗから約１，０００Ｗのレーザビーム平均出力、及び約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを有する。
【０００８】
本開示の上述の特徴を詳しく理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施例を参照することによって得られ、それらの実施例の一部が、添付図面に示される。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施例のみを示しており、それゆえ、本開示の範囲を限定するとみなすべきではなく、本開示は、その他の等しく有効な実施例を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つ又は複数の態様による、航空機の製造及び保守方法の例のフロー図である。
【図２】１つ又は複数の態様による、航空機の１つの例のブロック図である。
【図３】１つ又は複数の態様による、付加製造装置の概略斜視図である。
【図４】１つ又は複数の態様による、付加製造システムの１つの例、及び付加製造システムによって製造された部品又は製品の１つの例の一部の底部等角図である。
【図５】１つ又は複数の態様による、図４に示す付加製造システムの一部の上部等角図である。
【図６】１つ又は複数の態様による、図４に示す付加製造システムの正面図である。
【図７】１つ又は複数の態様による、図４に示す付加製造システムの部分的分解立体図である。
【図８】１つ又は複数の態様による、図７の線７−７に沿った断面図である。
【図９】１つ又は複数の態様による、図４の付加製造システムのブロック図の１つの例である。
【図１０】１つ又は複数の態様による、製品の表面を処理するように構成された一対の表面処理装置の１つの例の拡大図である。
【図１１】１つ又は複数の態様による、レーザビームが含みうる複数の形状の例を示す。
【図１２】１つ又は複数の態様による、様々な異なるサイズを有する複数のレーザビームを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施例の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施例に有益に組み込まれることがあると想定されている。
【００１１】
本開示は、高強度合金の付加製造方法を提示する。１つの例では、粉体床付加製造のための方法は、所定の一定な移動速度で移動するレーザのための均一なピッチのラスター経路を構築チャンバ内に画定することを含み、ここで、ラスター経路が０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、よってレーザの出力設定及び関連する出力密度レベルが最大出力の少なくとも８０％になり、所定の一定の移動速は、１０００ｍｍ／秒以上の前方移動速度になる。方法は、粉体の層を構築チャンバ内に堆積することと、レーザに、画定されたラスター経路及びレーザの出力設定に従って、ある量の電力供給された金属（ｐｏｗｅｒｅｄ  ｍｅｔａｌ）を凝固させることとを含む。
【００１２】
本開示の方法は、処理中の合金の固化率を変更することにより、残留応力割れを抑制することができる。例えば、レーザの狭いストリップ幅を使用することによって、ストライプ内のレーザ移動経路の振動の振幅が減少する。したがって、設定された移動速度について、レーザヘッドは、ストライプに沿ってより速く移動することができる。レーザヘッドをより速く移動させることにより、従来のレーザ焼結プロセスと比較して、増加したレーザ出力を使用できるようになる。加えて、レーザをより速く移動させることにより、スキャンされたラスターの次のラインの前に、また、以前のスキャンパスの溶融池を完全に冷却できるようにし、著しく遅い凝固正面を形成し、凝固収縮率（ひいては、溶融の粒界で液膜にかかる歪み速度）を低下させる可能性がある。隣接するレーザパスの重なる入熱（例えば、重なる溶融池）により、所定の部品のストライプにわたって均一な入熱と低減された温度勾配がもたらされ、これにより、ＣＴＥによって誘発される歪みが減少し、凝固速度が低下して、形成された部品の割れが減少する。
【００１３】
図面を更に具体的に参照しながら、本開示の態様が、図１に示す航空機の製造及び保守方法１００、及び図２に示す航空機１０２に照らして説明されうる。製造前の段階では、方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料調達１０６とを含みうる。製造段階では、航空機１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機１０２は、認可及び納品１１２を経て運航１１４に供される。顧客により運航される間に、航空機１０２は、改造、再構成、改修なども含みうる、定期的な整備及び保守１１６が予定される。
【００１４】
方法１００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の適用上、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含むがこれらに限定されず、第三者は、任意の数のベンダー、下請業者及び供給業者を含むがこれらに限定されず、且つ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関等でありうる。
【００１５】
図２に示すように、方法１００によって製造された航空機２０２は、複数のシステム２２０及び内装２２２を備えた機体２１８を含みうる。高レベルのシステム２２０の実施例には、推進システム２２４、電気システム２２６、油圧システム２２８、及び環境システム２３０のうちの１つ又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業やその他の産業などの他の産業に適用されてもよい。
【００１６】
本明細書で具現化された装置及び方法は、製造及び保守方法１００の１つ又は複数の任意の段階で採用してもよい。例えば、製造プロセス２０６に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機２０２の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリと類似の方法で作製又は製造されうる。また、１つ又は複数の装置の態様、方法の態様、もしくはそれらの組み合わせは、例えば、航空機２０２の組立を実質的に効率化するか、又は航空機１２のコストを削減することにより、製造段階２０８及び２１０において利用されうる。同様に、装置の態様、方法の態様、又はこれらの組み合わせのうちの１つ又は複数は、航空機２０２の運航中、例えば、限定しないが、整備及び保守２１６に利用することができる。
【００１７】
レーザアブレーション
本開示の付加製造プロセスは、材料出力及びレーザ出力を含む付加製造ヘッドを動作させることを含むことができる。材料出力の材料は、構成要素（輸送体の構成要素等）の表面上に堆積される付加製造材料（例えば、アルミニウム粉）である。材料は、表面のレーザアブレーションの前、間、又は後に、構成要素の表面上に堆積されうる。
【００１８】
概して図３を参照すると、付加製造装置３００は、レーザ出力に加えて、材料出力も含む。レーザアブレーションの前、間、又は後に、材料が材料出力によって、表面３２０上に堆積される。材料出力は、材料を表面３２０上に重力堆積（又は加圧堆積）するように構成されたホッパでありうる。材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼及び合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ウレタン、ナイロン、又はこれらの組み合わせとすることができ、又はこれらを含むことができる。アルミニウム合金は、２ＸＸＸシリーズ、７ＸＸＸシリーズ、又はこれらの組み合わせといった高強度アルミニウム合金であってもよく、又はこれらを含んでもよい。材料は、細粉等の粉体形態とすることができる。
【００１９】
一旦堆積すると、材料（例えば、アルミニウム粉）は、前処理レーザパスを受けるが、これは、アブレーションされる材料（例えば粉体）にわたる低電力ラスターである。レーザのワット数の低い粉体が、材料に付着した水分を取り除き、気泡により、アブレーションされた製品材料に多孔性が発生する可能性を低下させる。加えて、前処理により、アブレーションされるエリアが予熱され、溶融が発生すると、固化時の温度勾配が、前処理がない場合よりも小さくなる。したがって、そのような前処理は、アブレーションされる製品材料の割れを減らす。前処理段階で使用されるレーザのレーザビーム平均出力は、約５０Ｗから約４００Ｗ、例えば約１００Ｗから約３５０Ｗ、例えば約２００Ｗから約３００Ｗとすることができる。
【００２０】
図３に戻ると、付加製造装置３００は、レーザビーム３４４を放射するように構成された１つ又は複数のレーザを有する付加製造システム３０４を含む。システム３０４は、レーザビーム３４４を表面３２０上に伝達するように構成される。システム３０４の位置は、表面３２０とシステム３０４の相対位置に対して調節することができる。コントローラ（図示されず）は、動作パラメータを決定して表面３２０をスキャンするようにプログラムされる。コントローラは、表面３２０のエリア３３０のスキャン領域３３６の各々に対して、横断スキャン速度、幅スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビーム直径といった動作パラメータを決定するようにプログラムされる。スキャン領域３３のいずれか１つに対応する横断スキャン速度、幅スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビーム直径は、レーザビーム３４４のターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を生成する。レーザアブレーションの効果は、レーザ波長、表面材料、及びアブレーションされる材料などの他の要因の間で、放射照度（レーザ出力の表面密度）及びフルエンス（蓄積されたレーザエネルギーの表面密度）によって、決定される。レーザがスキャン幅方向に移動する間、レーザは、基板表面にわたってストリップを形成する。したがって、レーザビーム直径は、ストリップの幅（「ストリップ幅」とも称される）に対応する。
【００２１】
スキャン領域３３６は、表面３２０のエリア３３０すべてがレーザビーム３４４でスキャンできるように、配置される。スキャン領域３３６の各々は、ストリップ幅３４０に対応する幅を有している。コントローラは、スキャン領域３３６の特定の１つに対応するスキャン速度で、かつスキャン領域３３６の特定の１つに対応するストリップ幅３４０にわたって、スキャン領域３３６の各々をスキャンすることによって、ターゲットフルエンス及びターゲット放射照度において、表面３２０のエリア３３０をレーザビーム３４４でスキャンするようにプログラムされる。レーザビーム３４４は、スキャン領域３３６の特定の１つに対応するレーザビーム平均出力、及びスキャン領域３３６の特定の１つに対応するレーザビーム直径を有している。
【００２２】
レーザは、スキャン幅方向３４２及び横断方向３４６を含むラスター態様でスキャンすることができる。レーザは、スキャン幅方向３４２には比較的迅速に、横断方向３４６には比較的ゆっくりとスキャンされる。スキャン幅方向３４２へのスキャニングは、非常に迅速なため、レーザビームは、幅がストリップ幅（例えば、ストリップ幅３４０）のレーザシートと見なされてもよい。しかしながら、レーザビーム自体が、ストリップ幅３４０に及ぶ幅を有していなくてもよいが、レーザはストリップ幅３４０に沿って移動し、その後、レーザは、横断方向３４６に均一なピッチ間隔を移動して、次のストリップ幅３４０を開始することに留意されたい。レーザシートの出力は、完全ではないにせよ、レーザビームの出力と実質的には同一であるが、レーザシートの放射照度（出力の表面密度であり、出力密度とも称される）は、レーザビームの放射照度から低下する。放射照度は、レーザシートの幅（ストリップ幅）に反比例する。よって、ストリップ幅が小さくなればなるほど、生成される放射照度が大きくなり、ストリップ幅が大きくなればなるほど、生成される放射照度は小さくなる。本開示の方法のストリップ幅は、約０．５ｍｍ以下、例えば約０．３ｍｍ以下、例えば約０．１８ｍｍ以下、例えば約０．１５ｍｍ以下、例えば約０．１２ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍから約５ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約２ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約０．１８ｍｍ、例えば約０．２ｍｍから約０．１５ｍｍ、例えば約０．２ｍｍから約０．１２ｍｍ、例えば約０．５ｍｍから約１ｍｍとすることができる。ストリップ幅が狭いと、基板に沿ったレーザの移動をより速くすることができ、使用されるレーザ出力を増加させることができることが分かった。これらのパラメータは、ハッチ間隔を減少させることができ、ひいてはアブレーションされた製品材料の割れや応力を低減する。
【００２３】
レーザアブレーションのアブレーション有効性（即ち、アブレーションの有効性）は、レーザ出力の表面密度及び表面３２０でのレーザエネルギーの表面密度によって決定される。レーザ出力の表面密度（レーザ出力をその出力を受け取る表面積で除算する）は、放射照度として知られている。レーザエネルギーの表面密度（レーザエネルギーをそのようなエネルギーを受け取る表面積で除算する）は、フルエンスとして知られている。レーザ波長、表面材料、及びアブレーションされる材料といった他のファクタもまた、アブレーション効果に影響を及ぼすことがある。
【００２４】
付加製造装置３００は、スキャン領域３３６の各々に対して動作パラメータを調節するように構成され、スキャン領域３３６の各々が、同一のターゲットフルエンス及び同一のターゲット放射照度でスキャンされる。同一のフルエンス及び放射照度でスキャンすることは、スキャン領域３３６の各々に対して、同一のアブレーション効果を提供する。フルエンス及び放射照度は、主にストリップ幅によって決定される。ストリップ幅が変わる（スキャニング速度が一定もままで）と、フルエンス及び／又は放射照度は変更されるが、これは、表面でのレーザの滞留時間が調節されるからである。
【００２５】
スキャン領域３３６は、表面３２０のエリア３３０内に配置される。表面３２０は、装置３００によるレーザアブレーションによってアブレーションされるワークピース３２４の表面である。概して、ワークピース３２４は、金属（高強度アルミニウム等）及び／又はセラミックなどの硬質及び／又は弾性材料を含む。表面３２０は、実質的に金属及び／又はセラミック表面でありうる。
【００２６】
ワークピース３２４は、風力タービンのブレード等の構成要素とすることができる。少なくとも１つの態様では、ワークピース３２４は、輸送体である。輸送体構成要素は、輸送体の任意の適切な構成要素、例えば、航空機、自動車などのパネル又は継手のような構造的構成要素である。輸送体構成要素の例は、翼（回転子ブレードなど）、補助動力装置、航空機の機首、燃料タンク、テールコーン、パネル、２つ以上のパネル間のコーティングされた重ね継手、翼と胴体のアセンブリ、航空機の構造複合材、胴体の本体継手、翼のリブと外板の継手、及び／又はその他の内部構成要素を含む。
【００２７】
スキャン領域３３６は各々、エリア３３０の別個の領域である（スキャン領域３３６は、部分的に重なってもよい）。スキャン領域３３６の各々は、エリア３３０の小さなセクションであり、実質的に、レーザビーム３４４によってスキャン幅方向３４２に掃引されるエリアである。レーザビーム３４４は、付加製造システム３０４によって方向付けられ、スキャン領域３３６間で実質的に連続して順次移動する。したがって、スキャン領域３３６の１つが完成すると、続いて、スキャン領域３３６の別の１つが開始する。スキャン領域３３６の個々の領域は、横断方向３４６に分配される。
【００２８】
ラスター形式で、レーザは横断距離及びスキャン幅距離を移動し、このスキャン幅距離はストリップ幅３４０に対応し、レーザが沿って移動するストリップ幅３４０の各々が、横断距離に対応する均一なピッチ間隔だけ、次のストリップ幅から分離している。したがって、本開示の方法のスキャン幅が狭いため、横断距離もまた小さくなる可能性があり、これにより、所与の部品のストライプ全体に均一な入熱と温度勾配の減少がもたらされ、歪みと凝固速度が低下する。本開示の方法の横断距離は、約５ｍｍ以下、例えば約２ｍｍ以下、例えば約０．１８ｍｍ以下、例えば約０．１５ｍｍ以下、例えば約０．１２ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍから約５ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約２ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約０．１８ｍｍ、例えば約０．２ｍｍから約０．１５ｍｍ、例えば約０．２ｍｍから約０．１２ｍｍ、例えば約０．５ｍｍから約１ｍｍとすることができる。本開示の方法のスキャン幅距離は、約０．３ｍｍ以下、例えば約０．２５ｍｍ以下、例えば約０．２ｍｍ以下、例えば約０．１５ｍｍ以下、例えば約０．１ｍｍ以下、例えば約０．０８ｍｍ以下、例えば約０．０５ｍｍから約０．３ｍｍ、例えば約０．０８ｍｍから約０．２５ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約０．２５ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約０．２ｍｍ、例えば約０．１５ｍｍから約０．２ｍｍ、例えば約０．１５ｍｍから約０．１８ｍｍとすることができる。横断距離及びスキャン幅距離は、集合的に、特定の表面積のスキャン密度を提供し、本開示の方法が、スキャン密度で実行される。例えば、スキャン密度は、例えば、１ｍ２あたり約５，０００レーザパスから１ｍ２あたり約２５，０００レーザパス、例えば、１ｍ２あたり約８，７５０レーザパスから１ｍ２あたり約１８，７５０レーザパス等、高くすることができる。スキャン密度が高いと、所与の部品のストライプにわたって均一な入熱と温度勾配の低減がもたらされる可能性があり、歪みと固化率が低下することが分かった。
【００２９】
更に、本開示の小さな横断距離により、小さなハッチ間隔がもたらされる。本明細書で使用される際に、「ハッチ間隔（ｈａｔｃｈ  ｓｐａｃｉｎｇ）」という用語は、２つの隣接したスキャン幅パスの間の均一なピッチ間隔又は距離を指すことがある。所与のスキャンされるエリア（例えば、１ｍ２あたり１つのパス）のハッチ間隔の平均は、「平均ハッチ間隔」と称される。本開示の方法は、低い平均ハッチ間隔で実行することができる。例えば、平均ハッチ間隔は、約０．０４ｍｍから約２ｍｍ、例えば約０．０７ｍｍから約０．１５ｍｍ、例えば約０．０９ｍｍから約０．１３ｍｍ、例えば約０．１１ｍｍとすることができる。
【００３０】
レーザ及びレーザビーム３４４は、スキャン領域３３６の各々で放射照度及びフルエンスを制御するように調節可能ないくつかの特性を有している。本開示のレーザは、一定の出力を有することができる（例えば、出力はパルス化されない）。レーザビーム３４４は、レーザビーム平均出力及びレーザビームスポットエリア（表面３２０に衝突するときのレーザビーム３４４の領域）を有している。レーザビーム３４４は、スキャン幅方向３４２に、ラスター経路スキャン速度（スキャン領域３３６の異なる領域で異なることがある）で、スキャン領域３３６にわたって掃引される。レーザビーム３４４は、横断方向３４６に、横断スキャン速度（スキャン領域３３６の異なる領域で異なることがある）で、スキャン領域３３６の間で掃引される。特性（横断スキャン速度、ラスター経路スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリア）の各々は、スキャン領域３３６の各々に対して独立して、付加製造装置３００によって、制御可能又は調節可能である。特性のすべてというわけではないが一部が、スキャン領域３３６ごとに同一でありうる。少なくとも１つの態様では、本開示の方法は、スキャン幅方向に、１，０００ｍｍ／秒以上、例えば約１，１００ｍｍ／秒から約３，０００ｍｍ／秒、例えば約１，３００ｍｍ／秒から約２，８００ｍｍ／秒、例えば約１，５００ｍｍ／秒から約２，５００ｍｍ／秒、例えば約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒のラスター経路スキャン速度で、レーザ（及びレーザビーム）を掃引することを含む。少なくとも１つの態様では、本開示の方法は、所定の移動速度で、均一なピッチのラスター経路に沿って移動するレーザ（及びレーザビーム）を含み、ラスター経路が０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、レーザの出力密度レベルが最大出力の少なくとも８０％であり、所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる。本開示の方法は、１，０００ｍｍ／秒以上、例えば約１，１００ｍｍ／秒から約３，０００ｍｍ／秒、例えば約１，３００ｍｍ／秒から約２，８００ｍｍ／秒、例えば約１，５００ｍｍ／秒から約２，５００ｍｍ／秒、例えば約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒の横断スキャン速度で、レーザ（及びレーザビーム）を掃引することを含む。少なくとも１つの態様では、レーザ（及びレーザビーム）は、スキャン幅方向に、横断スキャン速度と実質的に同一のラスター経路スキャン速度で、移動（掃引）される。レーザは、約２００Ｗから約１，０００Ｗ、例えば約３００Ｗから約６００Ｗ、例えば約４００Ｗから約５００Ｗ、例えば約４００Ｗから約４５０Ｗのレーザビーム平均出力を有することができる。レーザの狭いストリップ幅を使用することによって、レーザの狭いストリップ幅を使用することによって、ストライプ内のレーザ移動経路の振動の振幅が減少する。したがって、設定された移動速度について、レーザヘッドは、ストライプに沿ってより速く移動することができる。レーザヘッドをより速く移動させることにより、従来のレーザ焼結プロセスと比較して、増加したレーザ出力を使用できるようになる（減少した熱勾配を得ながら）。少なくとも１つの態様では、レーザは、レーザの最大出力の少なくとも８０％、例えば少なくとも約８５％、例えば少なくとも約９０％、例えば少なくとも約９５％、例えば少なくとも約９９％、例えば約１００％の出力密度レベルを有することができる。
【００３１】
付加製造装置３００について、放射照度は、レーザビーム平均出力及びレーザビームスポットエリア（レーザビーム直径によって決定される）の関数である。本明細書で使用される際、ターゲット放射照度は、ピーク放射照度（即ち、レーザビームピーク出力を、レーザビーム３４４によって覆われた表面で除算する）を指す。概して、レーザビームピーク出力は、レーザビーム平均出力の関数である。ターゲット放射照度は、レーザビーム平均出力を増加させること及び／又はレーザビームスポットエリアを減少させること（例えば、ビーム直径を減少させること）によって、増加させることができる。レーザビーム平均出力が減少すると、ターゲット放射照度は、レーザビームスポットエリアの減少（比例）を補償することによって、維持することができる。少なくとも１つの態様では、本開示のレーザビームは、約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍのビーム直径、例えば約０．０５ｍｍから約０．１８ｍｍ、例えば約０．０８ｍｍから約０．１５ｍｍ、例えば約０．１ｍｍから約０．１４ｍｍ、例えば約０．１３ｍｍのビーム直径を有している。
【００３２】
付加製造装置３００について、フルエンスは、レーザビーム平均出力、ストリップ幅３４０、及び横断スキャン速度の関数である。本明細書で使用されるように、ターゲットフルエンスは、エリア３３０にわたってスキャンされる際のレーザビーム３４４のフルエンスを指す。ターゲットフルエンスは、以下の方程式に従って計算することができる。
Ｆ  ＝  Ｐ  Ｓｗ  ×  Ｔｓ         （方程式１）
ここで、Ｆはターゲットフルエンス、Ｐはレーザビーム平均出力、Ｓｗはストリップ幅３４０、かつＴｓは横断スキャン速度である。ターゲットフルエンスは、レーザビーム平均出力を低下させ、ストリップ幅３４０を増加させ、及び／又は横断スキャン速度を増加させることによって、低下させることができる。ストリップ幅３４０が低下する場合、ターゲットフルエンスは、横断スキャン速度の補償増加（反比例）によって、維持することができる。
【００３３】
ラスター経路スキャン速度、ストリップ幅３４０、及び横断スキャン速度は、付加製造システム３０４によって実装される。付加製造システム３０４は、レーザビーム３４４をエリア３３０（例えばスキャン領域３３６内）の表面３２０に伝達するように構成された１つ又は複数のレーザを有している。付加製造システム３０４は、スキャン領域３３６ごとに、ラスター経路スキャン速度で、スキャンライン３３２に沿って、ストリップ幅方向３４４に、ストリップ幅３４０に対応するスキャン幅距離だけレーザビーム３４４をスキャンするように構成される。スキャンライン３３２は、必ずしも真っ直ぐな線ではなく、円弧、曲線、及び／又はセグメント化された線であってもよい。概して、ラスター経路スキャン速度は、横断スキャン速度よりもはるかに速く、レーザビーム３４４は、ラスター経路スキャン速度でスキャンされる際に、レーザシートとして取り扱うことができ又は見なすことができる。例えば、ラスター経路スキャン速度は、横断スキャン速度の１，０００倍大きい可能性がある。付加製造システム３０４は、レーザビーム３４４を光学的にスキャンするように構成されるが、これは、レーザビーム３４４を光学的にスキャンすることが、概して、レーザビーム３４４を機械的にスキャンするよりもはるかに速いからである。付加製造システム３０４は、反照検流計及び／又は多面鏡などの高速スキャンのためのレーザスキャニング装置を含む。ラスター経路スキャン速度及び横断スキャン速度は、別個に変更することができる。
【００３４】
公称ストリップ幅、ターゲットフルエンス、及びターゲット放射照度の選択は、公称レーザビーム平均出力、公称横断スキャン速度、及び／又は公称レーザビームスポットエリアを決定するための十分な情報を提供することができる。代替的には、公称パラメータは、ターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を定義することができる。公称ストリップ幅、ターゲットフルエンス、及び／又はターゲット放射照度の選択は、付加製造装置３００を調整し、様々なワークピース３２４上に存在しうる様々な材料を製造するのに有用でありうる。
【００３５】
スキャン領域３３６は、表面３２０の検査又はモデリングによって、決定することができる。スキャン領域３３６は、エリア３３０を一連の領域に分割することによって決定することができ、その領域の各々が、領域（スキャン領域３３６の個々の領域）のただ１つのストリップ幅によって説明されうる。スキャン領域３３６は、他の装置及び／又はオペレータによって決定することができ、次にコントローラ３１０に提供され、提供されたスキャン領域３３６のパターンに従う。よって、コントローラ３１０は、スキャニング動作専用にすることができ、スキャン領域１３６を決定するために必要でないこともある。
【００３６】
スキャン領域３３６は、表面３２０のエリア３３０を識別し、エリア３３０をスキャン領域３３６に分割することによって、決定することができる。表面３２０及び／又はワークピース３２４の仮想モデルは、エリア３３０及び／又はスキャン領域３３６の正確な位置決定を容易にしうる。仮想モデルは、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）モデルであり、表面、境界、並びに／又は表面３２０及び／若しくはワークピース１２４を記述する点の電子的記述でありうる。例えば、仮想モデルは、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）モデル、境界表現、及び／又は表面モザイク状配列でありうる。
【００３７】
スキャン領域３３６の各領域は、異なるストリップ幅３４０を有することができる（少なくとも１つのストリップ幅３４０は異なる）。スキャン領域３３６の各領域のストリップ幅３４０は、表面３２０の仮想モデルから決定されるスキャン領域３３６及び／又はエリア３３０のサイズによって、決定することができる。表面３２０及び／又はワークピース３２４の仮想モデルは、スキャン領域３３６の各々に対するストリップ幅３４０の正確な決定を促進しうる。
【００３８】
表面３２０のレーザアブレーションは、スキャン領域３３６の１つから始まり、他のスキャン領域３３６の各々で続行する。スキャン領域３３６の最初の領域は、エリア３３０のエッジへの近接度及び／又は他のスキャン領域３３６への近接度に基づき、選択される。スキャン領域３３６の順序は、表面３２０のエリア３３０の有効なレーザアブレーションを可能にする。例えば、スキャン領域３３６の第１の領域（及び後続のスキャン領域３３６）の完了が、スキャン領域３３６の次の１つ又はその近くにあるように、スキャン領域３３６の第１の領域と後続のスキャン領域３３６を配置することにより、付加製造装置３００がスキャン領域３３６間を移動することに費やされる時間がほとんど（又は全く）なく、エリア３３０をスキャンできるようになる。
【００３９】
上記のように、ストリップ幅３４０が、第１の臨界ストリップ幅より小さく、かつ第２の臨界ストリップ幅以上であるとき、横断スキャン速度を最大の横断スキャン速度に等しくし、スキャン領域３３６の各々に対してストリップ幅３４０に比例してスキャン速度を決定することによって、コントローラは、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリアを決定するようにプログラムされる。第１の臨界（ｃｒｉｔｉｃａｌ）ストリップ幅は、第２の臨界ストリップ幅より大きい。
【００４０】
付加製造装置３００は、最大の横断スキャン速度を有する。例えば、横断スキャン速度は、付加製造システム３０４及び／又はワークピース３２４を並進させる機械的構成要素の信頼できる動作によって、限定することができる。ストリップ幅３４０が第１の臨界ストリップ幅より小さいスキャン領域３３６については、最大の横断スキャン速度より大きい横断スキャン速度を選択することによって、ターゲットフルエンスを実現することができる。ストリップ幅３４０が小さくなればなるほど、同一のターゲットフルエンスを作成するために必要な横断スキャン速度がますます大きくなりうる。ストリップ幅３４０が、横断スキャン速度が最大の横断スキャン速度より大きいことを意味するほど十分に小さい（即ち、第１の臨界ストリップ幅より小さい）場合、横断スキャン速度を最大の横断スキャン速度に設定し、レーザビーム平均出力を低減し、最大の横断スキャン速度、及び第１の臨界ストリップ幅より小さいストリップ幅３４０に基づいて、ターゲットフルエンスに達することができる。レーザビーム平均出力は、ターゲットフルエンスに達するように、ストリップ幅３４０に比例して（方程式１にしたがって）低下しうる。
【００４１】
スキャン領域３３６は、互いに連続し、即ち、スキャン領域３３６に隣接し、互いに接触し、部分的に重なり、及び／又は連結する。連続的なスキャン領域３３６で、レーザビーム３４４は、スキャン領域３３６の１つの領域からスキャン領域３３６の次の領域に連続運動でスキャンすることができ、スキャン領域３３６の間で付加製造システム３０４に対して表面３２０を並進させる必要がない。よって、連続的なスキャン領域３３６により、スキャン領域３３６の間での遅延、ひいてはエリア３３０のアブレーションの非有効性が発生する必要はない。連続的なスキャン領域３３６は、エリア３３０を提供し、そのエリア３３０は、連続的であり、かつスキャン領域３３６のすべてを包含するために単一の境界を有することを特徴とする。連続的なエリア３３０は、内部ボイド又は空間（スキャン領域３３６の１つに含まれない領域）を有していないこともある。
【００４２】
付加製造システム３０４を表面３２０のエリア３３０から分離するスキャン間隔３４８は、各スキャン領域３３６内で実質的に一定である。スキャン領域３３６の１つの内部の実質的に一定の（又は均一な）スキャン間隔３４８は、スキャン領域３３６のその１つの中に、実質的に一定の（又は均一な）レーザビームスポットエリアを構築することがある。スキャン領域３３６の各々に対して、スキャン間隔３４８は、実質的に一定（又は均一）でありうるが、スキャン領域３３６の異なる領域は、異なるスキャン間隔３４８値でスキャンすることができる。スキャン間隔３４８（あるいはレーザビームスポットエリア）は、スキャン領域３３６の各々に対して、独立して調節可能である。
【００４３】
スキャン間隔３４８は、スキャン領域３３６の間で変更しなくてもよく、これにより、付加製造システム３０４に対して表面３２０を並進させずに、スキャン領域３３６の間での移行を容易にすることができる。すべてのスキャン領域３３６に対する実質的に一定の（又は均一な）スキャン間隔３４８は、レーザビームスポットエリア（例えば直径）の調節を排除しないことがある。レーザビームスポットエリアは、表面３２０の、付加製造システム３０４からの焦点距離を調節することによって、必要又は希望に応じて変更可能である。
【００４４】
直角（垂直）な入射角で各スキャン領域３３６をスキャンすることにより、スキャン領域３３６に効果的なアブレーションを提供することができる。レーザビーム３４４が表面３２０に対して垂直に配向されるときに、レーザビーム３４４は、より高い（又は最大の）ターゲット放射照度を有することができる。レーザビーム３４４が垂直（直角）とは大幅に異なる角度で表面３２０に当たると、レーザビーム３４４のスポットは歪んで大きくなる（したがって、ターゲット放射照度が低下する）ことがある。本明細書で使用される際に、垂直な入射角は、表面３２０に対しておよそ直角（約９０ｏ、例えば約８０ｏから約１００ｏ、例えば約８５ｏから約９５ｏなど）である。
【００４５】
ターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を適切に選択することにより、エリア３３０は、エリアオーバー３３０の外側の領域の大幅なオーバーアブレーション、大幅なアンダーアブレーション、又はエリア３３０の外側の領域を意図なくスキャンすることなく、効率的にアブレーションすることができる。従来のレーザアブレーションと比較して、スキャン領域３３６の間のストリップ幅３４０の変化は、スキャン領域３３６のすべてのターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を維持するように補償される。
【００４６】
動作パラメータ（例えば、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリア）は、スキャン領域３３６のうちの１つのストリップ幅３４０、ターゲットフルエンス、及びターゲット放射照度に基づき、スキャン領域３３６のその１つに対して独立して決定することができる。動作パラメータは、ターゲットフルエンス及びターゲット放射照度に基づき、決定されてもよい。
【００４７】
スキャン領域３３６は、スキャン領域３３６が表面３２０のエリア３３０内に配置され順序付けられるように、順次スキャンすることができる。順次スキャンすることは、各スキャン領域３３６を次々順番にスキャンすることを含む。順次スキャンすることは、付加製造システム３０４、レーザビーム３４４、及び／又はワークピース３２４をスキャン領域３３６の間で移動させる時間を短縮し、よって、順不同のスキャンに比べて効率を上げることができる。
【００４８】
表面３２０の順次のスキャンは、スキャン領域３３６の１つで開始し、スキャン領域３３６の別の各領域で続けることができる。スキャン領域３３６の最初の領域は、エリア３３０のエッジへの近接度及び／又は他のスキャン領域３３６への近接度に基づき、選択される。スキャン領域３３６の順序は、表面３２０のエリア３３０の有効なレーザアブレーションを可能にする。例えば、スキャン領域３３６の第１の領域（及び後続のスキャン領域３３６）の完了が、スキャン領域３３６の次の１つ又はその近くにあるように、スキャン領域３３６の第１の領域と後続のスキャン領域３３６を配置することにより、付加製造装置３００がスキャン領域３３６間を移動することに費やされる時間がほとんど（又は全く）なく、エリア３３０をスキャンできるようになる。
【００４９】
スキャン領域３３６の少なくとも１つのストリップ幅３４０がスキャン領域３３６の別の１つのストリップ幅３４０と異なるとき、スキャン領域３３６の少なくとも１つに対するレーザビーム３４４の横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、又はレーザビームスポットエリアのうちの少なくとも１つは、スキャン領域３３６の他の１つの領域に対するレーザビーム３４４の横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、又はレーザビームスポットエリアのうちの少なくとも１つとは異なる。
【００５０】
スキャン領域３３６のすべてに対してターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を維持するために、スキャン領域３３６間でのストリップ幅３４０の変更を補償するように、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及び／又はレーザビームスポットエリアの１つ又は複数の変更を使用することができる。
【００５１】
横断スキャン速度は、レーザビーム平均出力を、ストリップ幅３４０とターゲットフルエンスとの積で除算したものである。初期のレーザビーム平均出力及びストリップ幅３４０（スキャン領域３３６の少なくとも１つに対する）が、横断スキャン速度の設定に適している（例えば、計算される横断スキャン速度が動作の制限内にある）場合、横断スキャン速度は、スキャン領域３３６の少なくとも１つのストリップ幅３４０とターゲットフルエンスとの積である。
【００５２】
レーザビーム３４４は、初期のレーザビーム平均出力を有している。スキャン領域３３６は、適合されたスキャン領域を含む。スキャン領域３３６の各々に対して、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリアを決定することは、適合されたスキャン領域に対する予測横断スキャン速度が、最大の横断スキャン速度よりも大きいと決定することを含む。適合されたスキャン領域に対する予測横断スキャン速度は、初期のレーザビーム平均出力が、適合されたスキャン領域のストリップ幅３４０とターゲットフルエンスとの積で除算されたものである。本開示の方法は、適合されたレーザビーム平均出力を決定することを含み、この適合されたレーザビーム平均出力は、ターゲットフルエンス、適合されたスキャン領域のストリップ幅３４０、及び最大の横断スキャン速度の積である。
【００５３】
付加製造装置３００は、最大の横断スキャン速度を有することがある。例えば、横断スキャン速度は、付加製造システム３０４及び／又はワークピース３２４の機械的構成要素（即ち、レーザ位置決め装置３０６の構成要素）の信頼できる動作によって制限することができる。ストリップ幅３４０が第１の臨界ストリップ幅より小さいスキャン領域３３６については、最大の横断スキャン速度より大きい予測横断スキャン速度を選択することによって、ターゲットフルエンスを実現することができる。そのようなスキャン領域３３６は、適合されたスキャン領域と称されうるが、これは、ターゲットフルエンスを達成し、最大の横断スキャン速度を超えないようにするのに、動作パラメータの適合が要求されるからである。適合されたスキャン領域については、予測横断スキャン速度を最大の横断スキャン速度に設定することができ、適合されたレーザビーム平均出力を初期のレーザビーム平均出力から低下させることができ、最大の横断スキャン速度及び適合されたスキャン領域のストリップ幅３４０に基づき、ターゲットフルエンスに到達する。適合されたレーザビーム平均出力は、方程式１に従って設定することができ、即ち、適合されたレーザビーム平均出力は、ターゲットフルエンス、適合されたスキャン領域のストリップ幅３４０、及び最大の横断スキャン速度の積である。
【００５４】
表面３２０のエリア３３０をスキャンすることは、レーザビーム３４４が、適合されたレーザビーム平均出力、及び適合されたスキャン領域に対するレーザビームスポットエリアを有する一方で、適合されたスキャン領域のストリップ幅３４０にわたって最大の横断スキャン速度で、適合されたスキャン領域をスキャンすることを含む。
【００５５】
スキャン領域３３６の各々に対して、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリアを決定することは、適合されたスキャン領域の予測レーザパルス繰り返し率が、最小のレーザパルス繰り返し率よりも低いと決定することを含む。適合されたスキャン領域に対する予測レーザパルス繰り返し率は、適合されたレーザビーム平均出力を、ターゲット放射照度、及び適合されたスキャン領域に対するレーザビームスポットエリアの積で除算したものである。
【００５６】
スキャン領域３３６の各々に対して同一のターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を使用することにより、エリア３３０にわたる均一なアブレーションが容易になる。
【００５７】
公称ストリップ幅、ターゲットフルエンス、及びターゲット放射照度の選択は、公称レーザビーム平均出力、公称横断スキャン速度、及び／又は公称レーザビームスポットエリアを決定するための十分な情報を提供することができる。代替的には、公称パラメータは、ターゲットフルエンス及びターゲット放射照度を定義することができる。公称ストリップ幅、ターゲットフルエンス、及び／又はターゲット放射照度を選択することは、付加製造装置３００を調整し、様々なワークピース３２４上に存在しうる（表面３２０の）異なる材料をアブレーションするのに有用でありうる。
【００５８】
本開示の方法は、レーザビーム３４４の最大の平均出力を、ターゲットフルエンス及び最大の横断スキャン速度の積によって除算したものである最大のストリップ幅を決定することを含む。レーザビーム３４４の最大の平均出力は、レーザ３０２の動作制限によって制限されてもよい。最大の横断スキャン速度は、付加製造装置３００の機械的制限によって制限されてもよい。決定されると、最大ストリップ幅を使用して、エリア３３０にアブレーションの可能性があると認定し、最大のストリップ幅よりも大きいストリップ幅３４０を含まない別個のサブエリアに領域３３０を分割し、及び／又は最大ストリップ幅以下のストリップ幅３４０を各々が有するスキャン領域３３６に領域３３０をセクション分けすることができる。
【００５９】
動作パラメータ（例えば、横断スキャン速度、レーザビーム平均出力、及びレーザビームスポットエリア）を決定することは、スキャン領域３３６のスキャン中に実行することができる。スキャン領域３３６の個々の領域をスキャンする前に、スキャン領域３３６のその個々の領域の動作パラメータが決定される。スキャン領域３３６の１つの領域の動作パラメータを決定することは、スキャン領域３３６のその１つの領域をスキャンするためだけの必要条件である。動作パラメータを決定することは、一度に（例えば、スキャン領域３３６の個々の領域のスキャンを開始する直前に、並びに／又はスキャン領域３３６の個々の領域が受け取られる及び／若しくは決定されるとき際に）、スキャン領域３３６の１つの領域に対して実行することができる。スキャンすることと少なくとも部分的に同時に動作パラメータを決定することにより、スキャン中の動作パラメータ及び／又はスキャン領域３３６が動的に変化する可能性がある。加えて又は代替的には、スキャンすることと少なくとも部分的に同時に動作パラメータを決定することにより、動作パラメータを決定するために必要な計算オーバーヘッド時間を、スキャン中に、付加製造システム３０４、レーザビーム３４４、及び／又はワークピース３２４と重ねることができ、動作の有効性が増加する。
【００６０】
ラスタースキャン速度は、アブレーションされる材料の量及び／又は種類、アブレーションされる材料の吸光度、並びにレーザ波長に従って決定することができる。より遅いラスタースキャン速度は、より速いラスタースキャン速度よりも短い時間で、表面３２０の小さな領域（つまり、レーザビームスポットのサイズの領域）により多くのエネルギーを堆積することができる。レーザビーム３４４が上に重なる材料をアブレーションする際に、より速いラスタースキャン速度は、表面３２０の下に重なる材料に対する熱の影響を低減するのに有益でありうる。より速いラスタースキャン速度は、蒸気及び／又は微粒子（例えば煙）が十分に散逸して、レーザビーム３４４との光学干渉を（より遅いラスタースキャン速度と比較して）低減できるようにする。概して、ラスタースキャン速度は、十分速いため、スキャンされたレーザビーム３４４がレーザシートとして扱われる。ラスタースキャン速度は、ストリップ幅３４０と横断スキャン速度の積を、スキャン領域３３６の各領域のレーザビームスポットエリアの有効平均直径で除算したものより大きい（又はそれに等しい）可能性がある。
【００６１】
レーザビーム３４４が横断スキャン速度で横断方向３４６にレーザビームの有効平均直径の距離だけ移動する前に、ラスタースキャン速度は、スキャン領域３３６の各領域の全体がレーザビーム３４４によってスキャンされるのに十分なほど大きくなる可能性がある。そのようなラスタースキャン速度でのスキャンは、スキャン領域３３６及び領域３３０の均一な適用範囲を提供する。レーザビームスポット領域の有効平均直径は、レーザビームスポット領域と同じ面積を有する円の直径である。レーザビームスポット領域は、円形の輪郭を有していても有していなくてもよい。
【００６２】
ラスタースキャン速度は、所与の装置（付加製造装置３００等）に対して達成することができる最大のストリップ幅及び最大の横断スキャン速度に対応するよう設定される。このようなラスタースキャン速度は、スキャン領域３３６の各々に使用することができる。したがって、ターゲットフルエンス又はターゲット放射照度を維持するために、ラスタースキャン速度がスキャン領域３３６の間で変更される必要はない。
【００６３】
図示した付加製造機器及びプロセスと、本明細書の付加製造機器及びプロセスの他の例についての記載は、何らかの方法で本開示を限定することを意図していない。むしろ、図示及び記載した付加製造機器は、本開示の態様を論証することを意図している。付加製造装置３００は、任意の種類の付加製造機器を含むことができ、そのような可能性のすべてが、本開示の主旨及び範囲内にあることが意図される。
【００６４】
方法を実行するためのハードウェア
ここで図４−１２を参照すると、付加製造システム３０４の一例が示されており、付加製造システムは、非限定的に航空宇宙、自動車等を含む様々な産業で用いられることがある、部品又は製品４０４（図４を参照）（図３のワークピース３２４とすることができる）を形成するように構成される。付加製造システム３０４は、異なる形状及びサイズを有し、様々なレベルの複雑性を有する幅広い種類の製品４０４を制作するように構成される。製品４０４は、金属、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼及び合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ウルテム（ｕｌｔｅｍ）、ナイロン、又はこれらの組み合わせを含む様々な材料から作られてよい。
【００６５】
本開示の１つ又は複数の態様による付加製造システム３０４は、幅広い種類の付加製造機器を備えることができる。例示のシステムでは、システム３０４は、レーザの付加製造機器を含む。本開示のシステムの他の例は、例えば、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）、多重ジェットモデリング（ＭＪＭ）、３Ｄ印刷、高速プロトタイピング、直接デジタル製造、積層製造、及び積層造形機器等の代替的な付加製造機器を組み込んでもよい。
【００６６】
システム３０４は、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品４０４の２つの表面４１６、４２０を処理するための２つの表面処理装置４１２を含みうる。表面４１６、４２０は、例えば、それぞれ内面及び外面であってよい。システム３０４はまた、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の単一の表面を処理するための単一の表面処理装置４１２を含むように構成されてもよい。また更に、システム４００は、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品４０４の任意の数の表面４１６、４２０を処理するための３つ以上の表面処理装置４１２を含んでもよい。図示したシステム３０４では、２つの表面処理装置４１２は、構造及び機能において実質的に類似する。システム３０４の他の例では、システムは、２つ以上の表面処理装置４１２を含んでもよく、上記そのような装置は、構造及び機能において異なっていてもよい。本明細書の説明及び関連する図面には、類似の構造及び機能を有する２つの類似する表面処理装置４１２が含まれる。
【００６７】
表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の表面を滑らかにするよう構成することができる。言い換えれば、表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の表面の粗さを低減するように構成することができる。表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８に移動可能に連結される。表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８に回転可能に連結されてもよい。表面処理装置４１２は、様々な方法で付加製造ヘッド４０８に連結されてよい。付加製造システム３０４はまた、付加製造ヘッド４０８に回転可能に連結された筐体４２４も含む。表面処理装置４１２は、筐体４２４に連結される。筐体４２４は、付加製造ヘッド４０８を通って長手方向にかつ中心に延びる、仮想の縦中心軸４２８（図６）を中心として回転するように構成される。例えば図９に示されるように、システム３０４は、筐体４２４を付加製造ヘッド４０８に対して回転可能に位置決めするための手段４２６を含みうる。１つの態様では、手段４２６は、筐体４２４に連結されたサーボモータであってよい。再び図３を参照すると、筐体４２４は、例えば、付加製造ヘッド４０８と筐体４２４との間の玉軸受４４０を介して、付加製造ヘッドに回転可能に連結されうる。１つの例では、筐体４２４を製造ヘッド４０８に対して回転可能に位置決めするために、手段４２６は、筐体４２４に連結されてもよい。
【００６８】
例えば図４及び図６を参照すると、表面処理装置４１２は、形成されている製品４０４に対してヘッド４０８が移動する際に、付加製造ヘッド４０８に対して後方に位置する。手段４２６は、表面処理装置４１２が付加製造ヘッド４０８に対して後方に位置するように、筐体４２４を付加製造ヘッド４０８に対して回転可能に位置決めする。表面処理装置４１２は、製品が付加製造ヘッド４０８によって形成されている際に、その場で製品を処理する。
【００６９】
図４−図１２に示すシステム４００では、表面処理装置４１２は、レーザビーム４４４を放射するように構成されたレーザ放射装置４１２である（図１０）。例えば図４に示すシステム４００は、支持部材４４８、レーザエネルギー源４５２（図９）、及びレーザエネルギー源４５２に光学的に接続された第１の端部４６０と、支持部材４４８に連結された第２の端部４６４とを含むレーザ伝送装置４５６を更に含む。本開示の１つの態様によれば、レーザ放射装置４５０は、レーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４でありうる。１つの例では、レーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４は、おおむね多角形の断面を有するレーザビーム４４４を放射するためにおおむね多角形の形状になるように構成される。
【００７０】
１つの例では、レーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４は、おおむね多角形の断面を有するレーザビーム４４４を放射するために、多角形の形状のレーザ放射装置４５０に連結される。１つの変形例では、レーザ放射装置４５０は、おおむね長方形の断面を有するレーザビーム４４４を放射するために、長方形の形状であってもよい。長方形の形状には、正方形の形状が含まれる。例えば、システム４００のいくつかの態様では、レーザ放射装置４５０が長方形の形状である場合、レーザビームが処理中の表面に衝突する際に、レーザビーム４４４が、レーザビーム４４４の全寸法Ｈ（例えば図１１及び１２を参照）に沿って製品の表面に一定量のエネルギーを印加する。上述のレーザビームの構成により、レーザビームが衝突している製品の表面が、レーザビームの全寸法Ｈに沿って、確実に均等に処理される（例：均等に滑らかになる）。処理中の表面に衝突するレーザビームの全寸法Ｈに沿って製品表面を均等に処理することが可能になるレーザビーム４４４の形状のいくつかの例は、非限定的に、正方形、長方形、レーザビームの全寸法Ｈに沿って等しい寸法Ｗを有する何らかの他の形状を含む。
【００７１】
例えば、図１１を参照すると、システムの他の例において、レーザ放射装置４５０は、外周がおおむねアーチ状の形状を有するレーザビーム４４４を放射するように構成される。システムの更なる例では、レーザ放射装置４５０は、おおむね円形のレーザビーム４４４を放射するように構成される。外周がおおむねアーチ状の形状を有するレーザビーム４４４を放射するようにシステムが構成される場合、そのような外周がアーチ状の形状は、少なくとも部分的にアーチ状の外周を有する任意の形状でありうる。外周がアーチ状の形状をしたいくつかの例は、非限定的に、円、半環、半円、長円形、又は不均一な形状を含む。レーザ放射装置４５０は、任意の形状を有するレーザビーム４４４を放射できると理解すべきである（図１１参照）。
【００７２】
例えば図９を参照すると、レーザ伝送装置４５６は、レーザ源４５２と、レーザ放射装置４５０に光学的に接続される。図４−１０に示されるシステムでは、レーザ伝送装置４５６は、光ファイバーケーブル４５６でありうる。例えば、図４に示すように、システム３０４には、２つのレーザ伝送装置４５６が含まれる。付加製造システム３０４は、レーザビーム４４４（複数可）をレーザエネルギー源４５２からレーザ放射装置４５０へ伝送するための、任意の数のレーザ伝送装置４５６を含みうる。他の例では、レーザ伝送装置４５６は、レーザ源４５２から、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の表面に、レーザビーム４４４を光学的に伝送するように構成された他の装置であってもよい。いくつかの例は、非限定的に、鏡、他の光及びエネルギー反射部材、導光装置等を含む。レーザ放射装置４５０は、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の表面から間隔を置いて配置されるように構成される。付加製造システム３０４は、付加製造ヘッド４０８によって形成された製品と係合して、表面処理装置４１２を製品に対して配向するように構成されたガイド部材４６８を更に含む。ガイド部材４６８は、表面処理装置４１２ａを製品の表面からある程度間隔を空けて配置する。図示したシステム３０４では、ガイド部材４６８はガイドローラ４６８である。ガイド部材４６８のホイールが、処理された表面４１６に直角な表面４２０と係合するように示されているが、例えば、使用中に付加製造システム３０４がラスター内で移動される場合などに、ホイールが、処理された表面４１６等の処理された表面と係合するように、ホイールを配置することができると理解すべきである。ホイールはまた、ラスタープロセス中に付加製造システム３０４を容易に操作するためのソケット継手のボールであってもよい。システムの他の例では、ガイド部材４６８は、例えば、製品の表面に係合して滑動する表面トラッキングシュー、又は他の何らかの種類のガイド部材等の他の種類のガイド部材であってよい。
【００７３】
付加製造ヘッド４０８は、複数の層Ｌから製品を形成するように構成される（例えば図４及び図１０を参照）。表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８によって様々な方法で形成される製品を処理するように構成される。１つの態様では、表面処理装置４１２は、複数の層Ｌのうちの１つを処理するように構成される（例えば図１０参照）。別の態様では、表面処理装置４１２は、複数の層Ｌのうちの２つ以上の層を同時に処理するように構成される。表面処理装置４１２は、多数の層Ｌを同時に処理するように構成されうる。図１２を参照すると、付加製造ヘッド４０８によって形成される製品の多数の層Ｌを処理する能力を示すために、レーザビーム４４４の様々なサイズの長方形の断面が示されている。任意の形状のレーザビーム４４４は、製品の様々な数の層を処理するために、様々な異なるサイズを有しうる。
【００７４】
上述したように、表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８に対して移動するように構成される。図６を参照すると、表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８に対し、表面処理装置４１２が付加製造ヘッド４０８によって形成される製品を処理することができる第１の（又は動作）位置と、表面処理装置４１２が製品を処理することができない第２の（又はアイドリング）位置との間で移動するように構成される。図示したシステム４００では、表面処理装置４１２は、筐体４２４に回転可能に連結され、表面処理装置４１２は、第１の位置と第２の位置との間で回転する。続いて図６、更には図４、図５、図７及び図８を参照すると、システム４００は、仮想の縦中心軸４７０を有するシャフト４６９を含む。表面処理装置４１２は、シャフト４６９、及び第１の位置と第２の位置との間で関連する縦中心軸４７０を中心として回転するように構成される。代替的には、表面処理装置４１２は、任意の数の異なる方法を使って、付加製造ヘッド４０８に連結され、様々な異なる方法で第１の位置と第２の位置との間で移動してもよい。
【００７５】
続いて図４−８を参照すると、付加製造システム３０４はまた、連結部材４４６と、支持部材４４８とを含む。連結部材４４６は、筐体４２４と支持部材４４８との間で筐体４２４と支持部材４４８に連結され、支持部材４４８は、表面処理装置４１２を支持する。支持部材４４８は、連結部材４４６に対して、連結部材４４６の仮想の縦中心軸４４７（図７）を中心として回転するように構成される。付加製造システム３０４は、連結部材４４６を受ける第１の開口部４５４と、第１の開口部４５４に対しておおむね垂直の第２の開口部４５５と、それぞれの支持部材４４８を受ける基部の対向面に画定される一対の凹部又はチャネル４５７を画定する基部４５３を更に含む。スナップ式リング４５８は、基部４５３を連結部材４４６に連結する。支持部材４４８の端部は、カウンタボア開口部４５９を含む。付加製造システム３０４はまた、ガイド部材４６８によって製品の表面に印加される力を調節する手段４５１も含む。製品の表面に対して表面処理装置４１２が一定の間隔を置いて維持されるように、ガイド部材４６８が製品の表面に当接して事前に設置される。１つの例において、事前の設置を調節する手段４５１は、カウンタボア開口部４５９と、バイアス部材４６１とカウンタボア開口部４５９を通って延びるファスナ４６２の内部に位置決めされる、コイルばね等のバイアス部材４６１を含む。ファスナ４６２は、基部４５３の第２の開口部４５５の中に螺入される。連結部材４４６は、内部の開口部又はスロット４６３を画定し、これにより、軸４４７を中心とした連結部材４４６に対する基部４５３の回転が可能になる。このため、基部４５３、バイアス部材４６１、ファスナ４６２、支持部材４４８、及び表面処理装置４１２が、１つのユニットとして、軸４４７を中心として連結部材４４６に対して回転する。それぞれ、ばね４６１を圧縮することによって、又はばねを緩ませることによって、ファスナ４６２を締め、又は緩ませて、ガイド部材４６８にかかる力、及び製品４０４の表面４１６、４２０に対する事前の設置状態を調節することができる。開口部又はスロット４６３は、連結部材４４６を部分的に貫通するように画定されてもよく、又は連結部材４４６を完全に貫通するように画定されてもよい。連結部材４４６を部分的に貫通するように、又は完全に貫通するように開口部又はスロット４６３を画定することで、ファスナ４６２と連結部材４４６との間に隙間ができ、ファスナ４６２が連結部材４４６に対して回転しやすくなる。
【００７６】
１つの態様では、表面処理装置４１２は、少なくとも１つの軸を中心として回転するように構成される。少なくとも１つの軸は、軸４２８、４４７、４７０（図６−８を参照）のうちの任意の１つ又は複数の軸でありうる。別の態様では、表面処理装置４１２は、少なくとも２つの軸を中心として回転するように構成される。少なくとも２つの軸は、軸４２８、４４７、４７０（図６−８を参照）のうちの任意の２つ以上でありうる。更なる態様では、表面処理装置４１２は、３つの軸を中心として回転するように構成される。３つの軸は、３つの軸４２８、４４７、４７０（図６−８を参照）の全てを含む。
【００７７】
ここで図４−１０を参照すると、付加製造システム３０４は、上述したように、複数の表面処理装置４１２を含むように構成される。システム３０４の１つの態様では、表面処理装置４１２は、第１の表面処理装置４１２と、第１の表面処理装置４１２から間隔を置いて配置された第２の表面処理装置４１２とを含む。例えば図５において示したように、第１の表面処理装置４１２と第２の表面処理装置４１２との間に空間４７２が提供される。第１の表面処理装置４１２と第２の表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８に対して後方に位置する。このため、付加製造ヘッド４０８によって形成された製品４０４（例えば図１０）の一部が、第１の表面処理装置４１２と第２の表面処理装置４１２との間の空間４７２に位置決めされる。１つの態様では、空間４７２に位置決めされた製品の一部は、製品４０４の少なくとも１つの層Ｌである。別の態様では、空間４７２に位置決めされた製品の一部は、同時に、製品２０４の少なくとも２つの層Ｌである。更なる態様では、空間４７２に位置決めされた製品の一部は、同時に、製品２０４の複数の層Ｌである。
【００７８】
続いて図４−１０を参照すると、付加製造システム３０４は、上記のガイド部材４６８を含む。ガイド部材４６８は、第１のガイド部材４６８であり、付加製造システム３０４は、第１のガイド部材４６８に対向する第２のガイド部材４６８を更に含みうる。第１のガイド部材４６８と第２のガイド部材４６８は、付加製造ヘッド４０８によって形成された製品と係合するように構成され、これにより、第１の表面処理装置４１２及び第２の表面処理装置４１２と製品との間に隙間がもたらされる。第１のガイド部材４６８は、製品４０４の外面４２０と係合するように構成され、第２のガイド部材４６８は、製品４０４の内面４１６と係合するように構成される。図示したシステム４００では、第１のガイド部材４６８と第２のガイド部材４６８とは、ガイドローラ４６８である。他の例では、第１及び第２のガイド部材４６８は、例えば製品の表面と係合して、製品の表面に当接して滑動する表面トラッキングシューといった、いかなる種類のガイド部材であってもよい。第１の表面処理装置４１２は、付加製造ヘッド４０８によって形成された製品の第１の表面を処理するように構成され、第２の表面処理装置４１２は、製品の第２の表面を処理するように構成される。第１の表面は、製品の外面４２０であり、第２の表面は、製品の内面４１６である。
【００７９】
表面処理装置４１２は、様々な異なる種類の処理装置４１２であってよい。付加製造システム３０４が単一の表面処理装置４１２を含む例では、表面処理装置４１２は、電磁エネルギー（図５、図７、及び図１０を参照）を放射するように構成された開口部４７６を含む。付加製造システム３０４が２つ以上の表面処理装置４１２を含む例では、開口部は第１の開口部４７６であり、表面処理装置４１２は、第１の開口部４７６に対向し、電磁エネルギー（図４、図６、及び図９を参照）を放射するように構成された第２の開口部４７６を更に含む。１つ例として、第１及び第２の開口部４７６は、おおむね同じ形状を有していてよい。別の例では、第１の開口部は、第１の形状を有していてよく、第２の開口部は、第１の形状とは異なる第２の形状を有していてよい。１つの態様では、第１の開口部４７６は、第１のレーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４であってよく、第２の開口部４７６は、第２のレーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４であってよい。
【００８０】
続いて図４−１２、特に図９を参照すると、付加製造装置３００（図３）のブロック図の例が示される。付加製造装置３００は、付加製造システム３０４と、表面処理装置４８０と、電源９８４と、レーザ源４５２と、駆動機構９８８と、材料源９９２と、プロセッサ及び／又は中央処理装置（ＣＰＵ）９９６と、メモリ９００と、入力装置９０４と、出力装置９０８とを含む。装置３００は、図９に示すように配置され、本明細書に記載される特徴及び機能を有する、上述した構成要素のみを含むことに限定されない。むしろ、装置３００は、より多くの、より少ない、又は異なる構成要素を含むことができ、より多くの、より少ない、又は異なる特徴及び機能を有することができ、そのような可能性は全て、本開示の主旨及び範囲内にあることが意図される。
【００８１】
続けて図９を参照すると、電源９８４は、必要に応じて、装置３００の構成要素に電力を供給するように構成される。電源９８４は、単一の電源であってもよく、又は必要な電力出力を供給するために協働する複数の電源からなっていてもよい。あるいは、複数の電源は個別に動作可能であり、装置３００の特定の構成要素に個別に電力を供給してもよい。電源９８４は、ＡＣ電源又はＣＤ電源のどちらかであってもよく、又はＡＣ及びＤＣの組み合わせを用いてもよい。
【００８２】
レーザ源４５２は、レーザビーム９４４を生成し、レーザビーム９４４を、放射のために付加製造システム３０４の１つ又は複数のレーザ出力９１２（例えば図６）に伝送する。１つ又は複数のレーザ出力９１２から放射されたレーザビーム９４４を、結合体又は収束点に集中させる。材料源９９２は、製品４０４を製造するために使用されることになる付加製造システム３０４に原材料を供給する。原材料は、任意の種類の形態（例えば、粉体、液体、固体等）を有する任意の種類の材料であってよい。材料は、付加製造システム３０４に配設された１つ又は複数の材料出口９１６から放出される。材料出口３１６は、例えば、開口部、ノズル等の様々な構成を含みうる。図示した例において、付加製造システム３０４は、複数のレーザ出力９１２の結合体又は収束点に対して位置合わせされた開口部４９０（図９の９１６）からなる、単一の材料出口４９０（図９の９１６）を含む。原材料は、材料出口９１６から放出され、レーザ出力９１２の結合体又は収束点に入り、ここで材料が溶けて溶融池が形成される。付加製造システム３０４が形成中の製品に対して前進すると、溶けた材料により、製品４０４の新たな層Ｌが形成される。材料が溶融池から出ると、溶けた材料は冷えて固まり始める。
【００８３】
更に図９を参照すると、プロセッサ又はＣＰＵ４９６は、装置３００の様々な構成要素と通信し、及び／又は装置３００の様々な構成要素を制御する。メモリ９００は、コンピュータ可読メモリ媒体９００であってよく、付加製造システム３０４の動作に必要なデータを記憶するように構成される。コンピュータ可読メモリ媒体９００は、後にプロセッサ９９６によってアクセス可能な情報を記憶するのに使用することができる任意の媒体である。コンピュータ可読記憶媒体９００は、コンピュータメモリ及びデータ記憶装置を含みうる。コンピュータメモリは、高速アクセスメモリであり、プロセッサ９９６によって実行可能なプログラム命令を実行するために使用されてもよい。コンピュータメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、及び読取専用メモリ（ＲＯＭ）を含みうる。データ記憶装置は、物理的な装置であってよく、オペレーティングシステム、コンピュータプログラム、プログラムモジュール、及びプログラムデータ等のプロセッサ９９６によってアクセス可能な任意の情報又はコンピュータプログラムを記憶するために使用してもよい。データ記憶装置及びそれらの関連するコンピュータ可読メモリ媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール及び他のデータのストレージをシステムに提供する。データ記憶装置は、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、及び磁気テープ等の磁気媒体、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、及びブルーレイディスク等の光媒体、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、及び読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）等の固体メモリを含みうる。
【００８４】
装置３００のいくつかの態様では、メモリ９００は、付加製造システム３０４の制御された動作に必要なデータからなるデータパケット９２０を含む。１つのデータパケット９２０は、付加製造ヘッド９０８を制御するのに必要なデータを含み、別のデータパケット９２０は、表面処理装置４８０を制御するのに必要なデータを含んでもよい。表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４に連結され、付加製造システム３０４に対して後方に位置する。表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４によって材料が堆積された後に、製品の１つ又は複数の表面を処理する。プロセッサ９９６はメモリ９００と通信して、付加製造システム３０４に対する表面処理装置４８０の向きを制御するのに必要なデータを読み出す。
【００８５】
特に指示のない限り、１つ又は複数のコンピュータ又はコンピュータシステムによって実行される工程の動作及び記号表現を参照しながら、本開示の主題が説明されることになる。これにより、コンピュータでて実行可能であると言われることがある、そのような動作及び工程が、データを構造的な形式で表す電気信号を介した装置３００のプロセッサ９９６による操作を含むと理解されるだろう。この操作によりデータが変換され、又はデータが装置３００のメモリ９００の特定の場所に維持され、このデータにより、当業者に既知の方法で、装置３００の工程が再構成され又は変更される。データが維持されるデータ構造は、データの形式によって規定される特有の性質を有するメモリの物理的な場所である。本出願の主題が上述の文脈で説明されているが、限定することを意図するものではなく、当業者に明らかであるように、本明細書に記載される動作及び工程のいくつかが、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア及び／又はこれらいくつかの組み合わせで実装されてもよい。
【００８６】
図９を更に参照すると、入力装置９０４により、ユーザは、装置３００にデータを入力することができる。入力装置９０４は、幅広い種類の構成を有することができ、これらは全て本開示の主旨及び範囲内にあることが意図される。例えば、入力装置９０４は、キーボード、キーパッド、タッチスクリーンディスプレイ、アクチュエータ、スイッチ、ダイヤル、スライド機構、又はユーザが少なくとも一部において装置３００に情報を入力し及び／又は装置３００を制御することができるように構成された他の何らかの種類の機械装置、電気装置、又は電気機械装置でありうる。更に、装置３００は、複数の入力装置９０４を含んでもよい。
【００８７】
続いて図９を参照すると、出力装置９０８は、ユーザによって認識可能な装置３００から情報を出力する。出力装置９０８は、幅広い種類の構成を有することができ、これらは全て本開示の主旨及び範囲内にあることが意図される。例えば、出力装置９０８は、ディスプレイ、モニター、英数字インジケータ、照明装置（例えば、電球、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ等）、プリンタ又は他の画像生成装置、又はユーザによって認識可能な形式で装置３００から情報を出力するように構成された他の何らかの種類の機械装置、電気装置、又は電気機械装置でありうる。更に、装置３００は、複数の出力装置９０８を含んでもよい。
【００８８】
駆動機構９８８は、付加製造システム３０４に連結され、プロセッサ９９６によって、付加製造システム３０４を所望の方法で移動させるように制御可能である。あるいは、付加製造システム３０４は、固定したままで、装置３００によって製造される製品を基部又はテーブル上で支持して、この基部又はテーブルを駆動機構９８８によって付加製造システム３０４に対して移動させてもよい。いずれの場合にも、駆動機構９８８は、形成されている製品９０４と、付加製造装置３００との間に、所望の相対並進運動をもたらす。装置３００のいくつかの態様では、駆動機構９８８は、必要な相対並進運動を全て実施するための単一の駆動機構を備える。装置３００の別の態様では、駆動機構９８８は、協働する複数の駆動機構を備える。
【００８９】
表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４によって形成される製品の１つ又は複数の表面を処理するように構成される。表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４の後に続いて、付加製造システム３０４によって堆積される材料を処理する。表面処理装置４８０は、様々な方法で形成されている製品の表面を処理しうる。例えば、図示した装置３００では、表面処理装置４８０により、製品の表面の粗さを滑らかにし又はその粗さを軽減することができる。この表面処理の例は、本開示を限定することを意図するものではない。むしろ、装置３００は、例えば、コーティング又は熱処理といった任意の種類の表面処理を実施することができ、そのような可能性は全て、本開示の主旨及び範囲内にあることを意図している。表面処理装置４８０は、製品４０４の一部を、製品がその場で形成され動作している際に、処理してもよい。本開示のいくつかの態様では、表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４によって堆積される材料の単一の層Ｌを処理しうる。他の態様では、表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４によって堆積される材料の２つ以上の層Ｌを処理しうる。表面処理装置４８０はまた、付加製造システム３０４によって形成される製品の複数の層Ｌを処理するように構成されてもよい。
【００９０】
ここで図４−１２を参照すると、図示した装置３００において、表面処理装置４８０は、第１の表面処理装置４１２と第２の処理装置４１２とを含む。第１及び第２の処理装置４１２は、幅広い種類の処理装置を含むことができ、この結果、様々な方法で付加製造システム３０４によって形成される製品の表面を処理することができる。図示した装置３００において、第１及び第２の表面処理装置４１２は、レーザ放射装置である。表面処理装置４８０はまた、第１の位置又は動作位置と第２の位置又はアイドリング位置との間で第１及び第２の表面処理装置４１２を移動するように構成された第１の駆動機構も含み、第１の位置又は動作位置において、第１及び第２の処理装置４１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品の表面を処理するように構成され（例えば、図６の実線を参照）、第２の位置又はアイドリング位置において、第１及び第２の処理装置４１２は、製品の表面を処理するようには構成されていない（例えば図６の点線を参照）。１つの例では、第１の駆動機構は、サーボモータ又はステッピングモータである。別の例では、第１の駆動機構は、空気駆動式（例えば、回転式、線形型等）、油圧駆動式（例えば、回転式、線形型等）、又は電磁駆動式（例えば、ソレノイド）であってよい。
【００９１】
本開示のいくつかの態様では、装置３００は、付加製造システム３０４によって形成される製品の単一表面を処理するための、単一の表面処理装置４１２のみを含んでいてもよい。従って、本開示の代替態様を示すために、第２の表面処理装置４１２が、図９に点線で示される。
【００９２】
例えば、図９を参照すると、表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４に対して、表面処理装置４８０の筐体４２４を回転可能に位置決めする手段４２６を更に含む。いくつかの態様では、手段４２６は、付加製造システム３０４に連結されたオープンフレーム型サーボモータであってよい。他の態様では、手段４２６は、他の種類の駆動機構であってもよく、他の構成を有していてもよい。
【００９３】
表面処理装置４１２はまた、第１及び第２の表面処理装置４１２に光学的に伝送されるレーザビーム４４４を生成するように構成された第２のレーザ源９３２も含みうる。この例では、第２のレーザ源９３２は、表面処理工程においてレーザビーム４４４を提供し、レーザ源４５２は、付加製造システム３０４にレーザビーム４４４を提供することになろう。
【００９４】
図９に示すように、装置３００の様々な構成要素を連結する線は、装置３００の様々な構成要素間の幅広い種類の相互作用を表すことがある。更に、構成要素間のそのような相互作用は、いずれかの方向に発生してもよく、又は両方向に同時に発生してもよい。相互作用は、非限定的に、構成要素に電力供給する目的の電気エネルギー又は電力の伝送、構成要素間での電子データの通信、構成要素間の物理的物質の伝送、機械的結合、接続、取付け、又は構成要素間の係合、又は付加製造装置３００の１つ又は複数の態様において付加製造システム２００に起こりうる何らかの他の種類の相互作用を含みうる。装置３００の様々な構成要素を連結する破線は、実線によって表される構成要素と機能及び目的において同様の相互作用を表しうるが、破線で表される相互作用は、本開示の代替態様に関連するものである。同様に、破線で表される構成要素は、本開示の代替態様を表す。
【００９５】
例えば図４及び図９を参照すると、１つ例では、付加製造システム３０４の表面処理装置４８０が提示される。表面処理装置４８０は、付加製造システム３０４に連結されるように構成された筐体４２４と、筐体４２４に連結された表面処理装置４１２を含む。表面処理装置４１２は、機械装置又は光学装置のいずれかを含む。表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４に対して移動するように構成される。１つの態様では、筐体４２４は、付加製造システム３０４に回転可能に連結される。そのような態様では、表面処理装置４８０は、付加製造ヘッド４０８に対して筐体４２４を回転可能に位置決めする手段４２６を更に含む。
【００９６】
例えば図４及び図６に示すように、表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４に対して後方に位置する。表面処理装置２１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品４０４の表面から間隔を置いて配置されるように構成される。
【００９７】
ここで図４−１０を参照すると、１つの態様では、表面処理装置４１２は、レーザビーム４４４を放射するように構成される。表面処理装置４８０は、レーザエネルギー源４５２、９３２から、付加製造システム３０４によって形成される製品の表面にレーザビーム４４４を伝送するために、レーザエネルギー源４５２、９３２、及びレーザエネルギー源４５２、９３２に連結されたレーザ伝送装置４５６を更に含む。表面処理装置４１２は、筐体４２４に連結された支持部材４４８も含み、レーザ伝送装置４５６は、レーザエネルギー源４５２、９３２に連結された第１の端部４６０と、支持部材４４８に連結された第２の端部４６４とを含む。１つの態様では、レーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４の形状は、おおむね多角形であり、おおむね多角形の断面を有するレーザビーム４４４を放射する。別の態様では、レーザ伝送装置４５６の第２の端部４６４の形状は、おおむね長方形であり、おおむね長方形の断面を有するレーザビーム４４４を放射する。更なる態様では、レーザ伝送装置４５６は、外周がおおむね弓形の断面を有するレーザビーム４４４を放射するように構成される。１つの態様では、レーザ伝送装置は、光ファイバーケーブル４５６である。
【００９８】
表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品と係合するように構成される。１つの態様では、表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品と光学的に係合するように構成される。
【００９９】
１つの態様では、付加製造システム３０４は、複数の層Ｌから製品を形成するように構成され（図４参照）、表面処理装置４１２は、複数の層Ｌのうちの少なくとも１つを処理するように構成される（図４及び１０を参照）。別の態様では、付加製造システム３０４は、複数の層Ｌから製品を形成するように構成され、表面処理装置４１２は、複数の層Ｌのうちの２つ以上の層を同時に処理するように構成される。
【０１００】
表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４に対して第１の（動作）位置と、第２の（アイドリング）位置との間で移動するように構成され、第１の（動作）位置では、表面処理装置４１２が、付加製造システム３０４によって形成される製品を処理することができ（例えば、図６の実線を参照）、第２の（アイドリング）位置では、表面処理装置４１２が、製品を処理することができない（例えば、図６の破線を参照）。１つの態様では、表面処理装置４１２は、筐体４２４に回転可能に結合され、第１の位置と第２の位置との間で回転する。表面処理装置４８０はまた、連結部材４４６と支持部材４４８とを含む。連結部材４４６は、筐体４２４と支持部材４４８との間で筐体４２４と支持部材４４８に連結され、支持部材４４８は、表面処理装置４１２を支持する。１つの態様では、支持部材４４８は、連結部材４４６に対して回転するように構成される。支持部材４４８は、連結部材４４６縦中心軸を中心として回転するように構成される。
【０１０１】
いくつかの例では、装置３００は、複数の表面処理装置４１２を含む。そのような態様では、第１の表面処理装置４１２及び第２の表面処理装置４１２は、第１の表面処理装置４１２から間隔を空けて配置されている。第１及び第２の表面処理装置４１２はいずれも、付加製造システム３０４に対して後方に位置する。第１の表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品の第１の表面を処理するように構成され、第２の表面処理装置４１２は、製品の第２の表面を処理するように構成される。１つの態様では、第１の表面は製品４０４の外面４２０であり、第２の表面は製品４０４の内面４１６である。
【０１０２】
表面処理装置４８０は、ガイド部材４６８を更に含む。ガイド部材４６８は、付加製造システム３０４によって形成される製品と係合するように構成され、表面処理装置４１２を製品に対して方向付けするように構成される。ガイド部材４６８は、表面処理装置４１２を、製品の表面からある距離だけ離れるように、間隔を空けて配置するように構成される。１つの態様では、ガイド部材４６８はガイドローラである。１つの態様では、表面処理装置４１２は光学装置である。表面処理装置４１２は、付加製造システム３０４によって形成される製品の表面を滑らかにするように構成される。１つの態様では、表面処理装置４１２は、軸４２８、４４７、４７０のうちの少なくとも１つを中心として回転するように構成される。別の態様では、表面処理装置２１２は、軸４２８、４４７、４７０のうちの少なくとも２つを中心として回転するように構成される。更なる態様では、表面処理装置４１２は、３つの軸４２８、４４７、４７０を中心として回転するように構成される。装置３００の１つの例では、表面処理装置４１２は、電磁エネルギーを放射するように構成された開口部４７６を含む。
【０１０３】
更に、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【０１０４】
態様
本開示は、とりわけ、以下の態様を提示し、それらの態様の各々は、オプションで任意の代替的態様を含むと考えられる。
条項１．  粉体床付加製造のための方法であって、
所定の移動速度で移動するレーザのための均一なピッチのラスター経路を画定することであって、ラスター経路が０．５ｍｍ未満のストリップ幅内で交互に前後し、レーザの出力密度レベルが最大出力の少なくとも８０％であり、所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる、均一なピッチのラスター経路を画定することと、
粉体の層を基板上に堆積することと、
レーザに、画定されたラスター経路及びレーザの出力設定に従って、ある量の粉体を凝固させることと
を含む方法。
条項２．  ラスター経路が、約０．１ｍｍから約５ｍｍの横断距離を含む、条項１に記載の方法。
条項３．  ラスター経路が、約０．５ｍｍから約１ｍｍの横断距離を含む、条項１又は２に記載の方法。
条項４．  ラスター経路が、約０．０８ｍｍから約０．２ｍｍのスキャン幅距離を含む、条項１から３のいずれか一項に記載の方法。
条項５．  ラスター経路が、約０．１５ｍｍから約０．１８ｍｍのスキャン幅距離を含む、条項１から４のいずれか一項に記載の方法。
条項６．  ラスター経路が、１ｍ２あたり約５，０００レーザパスから１ｍ２あたり約２５，０００レーザパスのスキャン密度を含む、条項１から５のいずれか一項に記載の方法。
条項７．  ラスター経路が、１ｍ２あたり約８，７５０レーザパスから１ｍ２あたり約１８，７５０レーザパスのスキャン密度を含む、条項１から６のいずれか一項に記載の方法。
条項８．  ラスター経路が、約０．０４ｍｍから約２ｍｍの平均ハッチ間隔を含む、条項１から７のいずれか一項に記載の方法。
条項９．  ラスター経路が、約０．０９ｍｍから約０．１１ｍｍの平均ハッチ間隔を含む、条項１から８のいずれか一項に記載の方法。
条項１０．  所定の移動速度により、スキャン幅方向の移動速度が約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒になる、条項１から９のいずれか一項に記載の方法。
条項１１．  所定の移動速度により、横断方向の移動速度が１，０００ｍｍ／秒以上になる、条項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
条項１２．  所定の移動速度により、横断方向の移動速度が約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒になる、条項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
条項１３．  レーザが、約２００Ｗから約１，０００Ｗのレーザビーム平均出力を有する、条項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
条項１４．  レーザが、約４００Ｗから約５００Ｗのレーザビーム平均出力を有する、条項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
条項１５．  レーザが、約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを含む、条項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
条項１６．  レーザが、約０．１ｍｍから約０．１４ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを含む、条項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
条項１７．  ストリップ幅が約０．５ｍｍから約１ｍｍである、条項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
条項１８．  レーザが、基板のレーザ接触面に対して約８５ｏから約９５ｏの入射角で配置されたレーザビームを含む、条項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
条項１９．  約５０Ｗから約４００Ｗのレーザビーム平均出力で粉体を前処理することを更に含む、条項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
条項２０．  前処理することが、粉体の層を基板上に堆積した後に実行される、条項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
条項２１．  粉体が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ナイロン、又はこれらの組み合わせから選択される、条項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
条項２２．  粉体が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、又はこれらの組み合わせから選択される、条項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
条項２３．  基板が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、テンレス鋼、合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ナイロン、又はこれらの組み合わせを含む、条項１から２２のいずれか一項に記載の方法。
条項２４．  基板が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
条項２５．  付加製造のための方法であって、
材料の層を基板上に堆積することと、
、レーザをスキャン幅方向に１，０００ｍｍ／秒以上の移動速度で、基板に対してラスター経路で移動することによって、材料をレーザで処理することと
を含み、
ラスター経路が、約０．１ｍｍから約５ｍｍの横断距離を含み、
ラスター経路が、約０．０８ｍｍから約０．２ｍｍのスキャン幅距離を含み、
ラスター経路が、約０．０４ｍｍから約２ｍｍの平均ハッチ間隔を含み、
レーザが、約２００Ｗから約１，０００Ｗのレーザビーム平均出力を有しており、
レーザが、約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを含む、方法。
条項２６．  ラスター経路が、約０．５ｍｍから約１ｍｍの横断距離を含む、条項２５に記載の方法。
条項２７．  ラスター経路が、約１ｍｍから約５ｍｍのスキャン幅距離を含む、条項２５又は２６に記載の方法。
条項２８．  ラスター経路が、１ｍ２あたり約５，０００レーザパスから１ｍ２あたり約２５，０００レーザパスのスキャン密度を含む、条項２５から２７のいずれか一項に記載の方法。
条項２９．  ラスター経路が、約０．０９ｍｍから約０．１１ｍｍの平均ハッチ間隔を含む、条項２５から２８のいずれか一項に記載の方法。
条項３０．  スキャン方向の移動距離が、約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒である、条項２５から２９のいずれか一項に記載の方法。
条項３１．  材料をレーザで処理することが、レーザを約１，７００ｍｍ／秒から約２，２００ｍｍ／秒の横断方向の移動速度で移動することを含む、条項２５から３０のいずれか一項に記載の方法。
条項３２．  レーザが、約４００Ｗから約５００Ｗのレーザビーム平均出力を有する、条項２５から３１のいずれか一項に記載の方法。
条項３３．  レーザが、約０．１ｍｍから約０．１４ｍｍのビーム直径を有するレーザビームを含む、条項２５から３２のいずれか一項に記載の方法。
条項３４．レーザが、基板のレーザ接触面に対して約８５ｏから約９５ｏの入射角で配置されたレーザビームを含む、条項２５から３３のいずれか一項に記載の方法。
条項３５．  約５０Ｗから約４００Ｗのレーザビーム平均出力で材料を前処理することを更に含む、条項２５から３４のいずれか一項に記載の方法。
条項３６．  前処理することが、材料の層を基板上に堆積した後に実行される、条項２５から３５のいずれか一項に記載の方法。
条項３７．  材料が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ナイロン、又はこれらの組み合わせから選択される、条項２５から３６のいずれか一項に記載の方法。
条項３８．  材料が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、又はこれらの組み合わせから選択される、条項２５から３７のいずれか一項に記載の方法。
条項３９．  基板が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、テンレス鋼、合金鋼、コバルト合金、プラスチック、ポリマー、ナイロン、又はこれらの組み合わせを含む、条項２５から３８のいずれか一項に記載の方法。
条項４０．  基板が、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、又はこれらの組み合わせを含む、条項２５から３９のいずれか一項に記載の方法。
【０１０５】
全体を通して、本開示は、例えば高強度合金の、付加製造方法を提示する。本開示の方法は、処理中の合金の固化率を変更することにより、残留応力割れを抑制することができる。例えば、レーザのストリップ幅を通常の動作パラメータの１／１０に変更することにより、ストリップ内のレーザの移動経路の振動の振幅が減少する。したがって、設定された移動速度の場合、（装置製造システムの）レーザヘッドは、ストリップに沿ってより速く移動する。より速く移動することで、より高いレーザ出力を使用できるようになる。加えて、より速く移動させることにより、スキャンされたラスターの次のラインの前に、また、以前のスキャンパスの溶融池を完全に冷却できるようにし、著しく遅い凝固正面を形成し、凝固収縮率（ひいては、溶融の粒界で液膜にかかる歪み速度）を低下させる可能性がある。
【０１０６】
以上は本開示の実施例を対象としているが、本開示の他の実施例及び更なる実施例が、その基本的な範囲を逸脱しない範囲で考案されてもよい。更に、前述の内容は、航空宇宙産業等の輸送体の構成要素に適用される方法を対象としているが、本開示の実施例は、自動車産業、海洋産業、エネルギー産業、風力タービン、衛星などでの用途といった、航空機に関連しない他の用途を対象としてもよい。
【０１０７】
本開示の様々な実施例の記載が例示の目的で提示されてきたが、網羅的であること又は開示の実施例に限定することは意図されていない。記載された実施例の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの修正例及び変形例が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施例、実際的な適用、又は市場で見出される技術に対する技術的改善の諸原理を最もよく説明するため、或いは、他の当業者が本明細書で開示された実施例を理解することを可能にするために選択された。以上は本開示の実施例を対象としているが、本開示の他の実施例及び更なる実施例が、その基本的な範囲を逸脱しない範囲で考案されてもよい。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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