(57)【要約】      （修正有）【課題】改良された、三次元物体を付加的に製造する装置を提供する。【解決手段】造形面１０に対して、コーティング機器８と共に移動できるように前記コーティング機器に装着された検出機器１１であって、コーティング過程の間、粉体造形材料の連続的な層の各々の品質特性を表す層情報を検出するように構成されている画像検出機器を含む検出機器１１と、前記粉体造形材料を硬化するように構成されているエネルギービームを生成するように構成されている照射線発生機器４と、を含み、前記照射線発生機器は、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の前記コーティング過程の間前記エネルギービームを生成するように構成されている。【選択図】図１
2020073719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバと、
１つまたは複数のコーティング部品を含むコーティング機器であって、造形面に粉体造形材料の連続的な層を塗布しながら、前記プロセスチャンバ内の前記造形面をわたって移動することを含むコーティング過程を実行するコーティング機器と、
前記造形面に対して、前記コーティング機器と共に移動できるように前記コーティング機器に装着された検出機器であって、前記コーティング過程の間、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の品質特性を表す層情報を検出するように構成されている画像検出機器を含む検出機器と、
前記粉体造形材料を硬化するように構成されているエネルギービームを生成するように構成されている照射線発生機器と、
を含み、
前記照射線発生機器は、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の前記コーティング過程の間前記エネルギービームを生成するように構成されている、
三次元物体を付加的に製造する装置。
【請求項２】
前記品質特性は、平滑さ、厚さ、不具合の少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記照射線発生機器は、前記エネルギービームが、前記コーティング機器を追跡及び／または追従するように構成されている、
請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記連続的な層の各々の前記コーティング過程の間、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の領域に前記エネルギービームを向けるように構成されているビーム偏向機器を含み、
前記領域は、前記コーティング機器が前記連続的な層の各々に前記コーティング過程を既に実行した範囲を含む、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の前記領域は、前記検出機器が前記連続的な層の各々の前記層情報を既に検出した範囲を含む、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記層情報に少なくとも部分的に基づいて、前記照射線発生機器の動作を制御するように構成されている制御装置を含む、
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記検出機器から汚れを取り除くように構成されているクリーニング機器を含み、
前記汚れは、前記造形面に前記粉体造形材料の前記連続的な層を塗布すること、及び／または、前記粉体造形材料を硬化することで生じる、
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記検出機器は、１つまたは複数の光学部品を含み、
前記クリーニング機器は前記１つまたは複数の光学部品から汚れを取り除くように構成されている、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記クリーニング機器は前記検出機器にクリーニング液を適用するように構成されている、
請求項７または請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセスチャンバに流れ込む保護ガス流を転向するように構成されている転向機器を含み、
前記転向機器は前記造形面に対して移動できるように装着されている、
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の装置。
【請求項１１】
１つまたは複数のコーティング部品を含むコーティング機器によって、造形面に粉体造形材料の連続的な層を塗布しながら、プロセスチャンバ内の前記造形面をわたって移動することを含むコーティング過程を実行し、
検出機器によって、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の品質特性を表す層情報を検出し、
前記検出機器は、前記造形面に対して、前記コーティング機器と共に移動できるように前記コーティング機器に装着され、
前記検出機器は、前記コーティング過程の間、前記層情報を検出するように構成されている画像検出機器を含み、
照射線発生機器によって、前記粉体造形材料の前記連続的な層を硬化するように構成されているエネルギービームを生成し、
前記照射線発生機器は、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の前記コーティング過程の間前記エネルギービームを生成する、
三次元物体を付加的に製造する方法。
【請求項１２】
前記品質特性は、平滑さ、厚さ、不具合の少なくとも１つを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射線発生機器は、前記エネルギービームが、前記コーティング機器を追跡及び／または追従するように構成されている、
請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ビーム偏向機器によって、前記連続的な層の各々の前記コーティング過程の間、前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の領域に前記エネルギービームを向け、
前記領域は、前記コーティング機器が前記連続的な層の各々に前記コーティング過程を既に実行した範囲を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記粉体造形材料の前記連続的な層の各々の前記領域は、前記検出機器が前記連続的な層の各々の前記層情報を既に検出した範囲を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
制御装置によって、前記層情報に少なくとも部分的に基づいて、前記照射線発生機器の動作を制御する、
請求項１１〜請求項１５の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つの照射線発生機器により生成される少なくとも一つのエネルギービームを使用して、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を層単位に選択的に硬化させることによって、少なくとも一つの三次元物体を付加的に製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は、断面の幾何形状が異なる三次元物体を付加的に製造する装置として、基本的に知られている。製造すべき三次元物体は、一つの照射線発生機器により生成される一つのエネルギービームを使用して、製造すべき物体の相応の断面領域に対応する領域に一つの硬化可能な造形材料を層単位に選択的に硬化させることによって、順次造形される。
【０００３】
それに対応する装置は、特に、一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための一つのエネルギービームを生成する一つの照射線発生機器と、一つの造形面上に、或いはその前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された造形材料層上に、その硬化可能な造形材料の一つの定義された造形材料層を塗布するための一回のコーティング過程を実行する一つのコーティング機器とを有する。
【０００４】
その硬化可能な造形材料の正確かつ選択的な硬化は、品質的に高い価値の三次元物体を製造する上での一つの重要な前提条件であり、その硬化のためには、コーティング機器を使用して塗布される造形材料層が高品質であることが重大な意味を持つ。
【０００５】
これまでは、コーティング過程の実行終了後でなければ、相応のコーティング機器を使用して塗布された各造形材料層の品質を検出できなかった。それには時間がかかり、その限りにおいて改善する価値がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の基礎を成す課題は、上記に対して改良された、少なくとも一つの三次元物体を付加的に製造する装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に基づく装置及び請求項１１に基づく方法により解決される。それらの従属請求項は、それぞれ本装置又は本方法の目的に適った実施形態に関するものである。
【０００８】
本明細書に記載された装置は、少なくとも一つの照射線発生機器により生成される少なくとも一つのエネルギービームを使用して、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を層単位に選択的に硬化させることによって、少なくとも一つの三次元物体を付加的に製造する機能を有する。相応に硬化可能な造形材料は、典型的には、粉末状又は粉体形状である。従って、この造形材料は、例えば、相応に硬化可能な金属粉末（混合物）及び／又は相応に硬化可能なプラスチック粉末（混合物）とすることができる。
【０００９】
相応の照射線発生機器は、一つのレーザービームを生成するレーザー発生機器、略して、レーザーとすることができるか、或いはこの照射線発生機器は、そのような少なくとも一つのレーザー発生機器を備えることができる。この場合、本装置は、例えば、選択的レーザー焼結プロセスを実行する選択的レーザー焼結装置、略して、ＳＬＳ装置として、或いは選択的レーザー溶融プロセスを実行する選択的レーザー溶融装置、略して、ＳＬＭ装置として構成することができる。当然のことながら、相応の照射線発生機器は、一つの粒子線を生成する粒子発生機器とするか、或いはこの照射線発生機器は、そのような少なくとも一つの粒子発生機器を備えることができる。
【００１０】
本装置は、公知の通り、少なくとも一つの硬化可能な造形材料の一つの定義された造形材料層を、この硬化可能な造形材料の選択的硬化が行われる一つの造形面上に、或いはその前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された一つの造形材料層上に塗布するための少なくとも一回のコーティング過程を実行する少なくとも一つのコーティング機器を有する。従って、その前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された一つの造形材料層も、同様に造形面と呼ぶか、或いは造形面と看做すことができ、何故なら、この造形面においても、同様に一つの硬化可能な造形材料の硬化が選択的に行われるからである。
【００１１】
相応のコーティング機器は、典型的には、定義された造形材料層を構成するために一つの造形面に渡って動かされる一つ又は複数のコーティング部品、即ち、例えば、コーティングブレードを有する。それに対応して、コーティング機器は、典型的には、一つの造形面に対して相対運動可能であるように支承される。
【００１２】
本装置は、更に、コーティング機器を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に表す層情報を取得する少なくとも一つの検出機器を有する。この少なくとも一つの検出機器は、コーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の間に相応の層情報を取得するように構成される。
【００１３】
従って、相応の検出機器を使用して、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を、コーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の間に早くも取得することが可能となる。そのために、この検出機器は、コーティング機器を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に定性的又は定量的に表す相応の層情報を取得する。
【００１４】
コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の品質は、特に、造形材料層又はその表面の平滑度、層厚などのパラメータ、一般的には正常性に関するものである。
【００１５】
この品質に関して取得すべき、或いは取得された、コーティング機器を使用して塗布される造形材料層とは、既に硬化した造形材料層（領域）であると、そのため製造すべき三次元物体の部分であると解釈することもできる。このため、相応の層情報は、三次元物体又はその物体の表面の品質を表すこともでき、その結果、三次元物体又はその物体の表面の品質を取得することも可能であり、そのことは、例えば、ハイブリッド造形品を製造する際に、造形空間に関する輪郭を収集又は作製するとの目的に適うものであるとすることできる。
【００１６】
如何なる場合でも、相応の造形材料層の品質の取得は、相応のコーティング過程と並行して行うことができる、即ち、相応の造形材料層の品質の取得は、定義された造形材料層を一つの造形面上に塗布するための相応のコーティング過程の実行と同時に行うことができる。このようにして、非生産的な時間を低減して、付加的な造形プロセス全体を加速することができる。冒頭に述べた背景技術と比較して、コーティング過程の枠内で塗布された各造形材料層の品質を取得するために、一回のコーティング過程の実行終了を待つ必要はない。それに加えて、相応の造形材料層の品質、特に、その表面の品質の取得には、必ずしもオペレータを必要とせず、そのことは、製造技術的又はプロセス技術的観点から、そのため経済的観点からも、プロセス管理にプラスに作用する。
【００１７】
それに加えて、検出機器によって、コーティング機器の障害、即ち、損傷又は不具合を（早期に）検出することが可能であり、何故なら、それらは、コーティング機器を使用して塗布された造形材料層に直接反映され、そのようにして相応の層情報により表すことができるからである。コーティング機器の障害は、典型的には、塗布された造形材料層と検出機器との間の定義された間隔が変化することによって検知できる。この間隔変化は、層情報に影響を及ぼし得るものであり、従って、相応の層情報により表すことができる。以下で説明する通り、画像検出機器として構成された、或いは画像検出機器を有する検出機器では、相応の間隔変化が、解像度、明度等の変化を引き起こすことができる。
【００１８】
相応の検出機器は、特に、コーティング機器を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に表す層画像情報を取得する画像検出機器として、特に、カメラ機器として構成することができるか、或いはそのような少なくとも一つの画像検出機器、特に、カメラ機器を備えることができる。相応の画像検出機器は、例えば、ＣＣＤカメラとして構成するか、或いはＣＣＤセンサ機器又はその他の光学センサ機器を備えることができる。相応の画像検出機器又はカメラ機器の焦点は、当然のことながら、取得すべき一つの造形材料層（領域）に向けられるか、或いはそこに設定される。
【００１９】
相応の画像検出機器は、取得すべき一つの造形材料層領域を少なくとも一時的にライトアップ又は照明する照明手段を備えることができる。特に、カメラ機器の場合、相応の照明手段は、例えば、一つのフラッシュ光を発生する機器とすることができる。
【００２０】
基本的に、相応の画像検出機器は、相応の層画像情報を一次元で、即ち、列単位又は行単位で、或いは多次元で取得するように構成することができる。従って、画像検出機器は、比較的高い横方向分解能を特徴とするラインスキャンカメラとすることができる。これに関係して、１６００ｄｐｉ以上の分解能が考えられる。
【００２１】
それにより、全体として、少なくとも一つの三次元物体を付加的に製造する一つの改良された装置が得られる。
【００２２】
当然のことながら、本装置は、これまでに指摘した本装置の機能コンポーネントの外に、付加的な造形プロセスを実現するために、そのため三次元物体を付加的に製造するために典型的に必要とされる、更に別の機能コンポーネントを有する。本装置の機能コンポーネントとは、一般的には、付加的な造形プロセスに、典型的には、直接関連するコンポーネント又はコンポーネント・グループであると解釈できる。それに数えられるものは、特に、三次元物体を製造するための付加的な造形プロセスが内部で行われる少なくとも一つのプロセスチャンバ、一般的には、一つの密封容積を有する一つのハウジング機器、製造すべき、或いは製造された三次元物体を担持する少なくとも一つの担持機器であって、（上下方向に）可動形態に支承された少なくとも一つの担持部品を備えることができる一つの担持機器、プロセスチャンバ内で造形材料を塗布及び／又は計量する少なくとも一つの造形材料塗布及び／又は計量機器、並びに本装置の一つのプロセスチャンバ内の一つの所定の領域に、照射線発生機器により生成された一つのエネルギービームを狙い通りに偏向させる少なくとも一つのビーム偏向機器である。相応のプロセスチャンバ内では、典型的には、不活性保護ガス雰囲気が支配的である、即ち、このプロセスチャンバは、典型的には、例えば、アルゴン、窒素等の不活性保護ガスで満たされるか、或いは不活性保護ガスを貫流される。
【００２３】
本装置の相応の機能コンポーネントは、前述の列挙にとどまらない。
【００２４】
相応の検出機器は、一つの（コーティングすべき）造形面又は一つの塗布された造形材料層に対して相対運動可能であるように支承することができる。そのようにして、検出機器は、一回のコーティング過程を実行する枠内において、一つの（コーティングすべき）造形面又は一つの塗布された造形材料層に対して相対運動可能であるように支承された一つのコーティング機器の運動に追従させることができる。この検出機器の運動軌道は、このコーティング機器の一回のコーティング過程の枠内での運動軌道と同様の軌道又は同じ軌道とすることができる。
【００２５】
その際に、一つの装置側プロセスチャンバ内に僅かなスペースしか必要としないので、目的に適うこととして、相応の検出機器の運動は、一つの（コーティングすべき）造形面又は一つの塗布された造形材料層に対して相対運動可能であるように支承された一つのコーティング機器の運動と連動させることができる。そのようにして、コーティング機器が一回のコーティング過程を実行する枠内で運動を行う際に、検出機器を、それに連動させることができるか、或いはコーティング機器の運動に追従させることができる。この検出機器の運動軌道は、ここでは、典型的には、一つのコーティング機器の一回のコーティング過程の枠内での運動軌道と同一である。
【００２６】
相応の検出機器と相応のコーティング機器との相応の運動の連動は、検出機器を少なくとも部分的にコーティング機器の上又は内部に配置又は構成することによって実現することができる。一つのコーティング機器の上又は内部に一つの検出機器を配置する形態は、典型的には、検出機器とコーティング機器の間の材料結合、圧入結合及び形状結合の中の一つ以上に基づく、場合によっては（損傷又は破壊することのない）着脱自在な構造的な接続を含む。一つのコーティング機器の上又は内部に一つの検出機器を構成する形態は、典型的には、コーティング機器内への検出機器の構造的な統合を含む。
【００２７】
以下では、照射線発生機器の異なる動作モードを説明し、これらの動作モードに従って、一回のコーティング過程の実行終了後に、或いは早くも一回のコーティング過程の間に一つのエネルギービームを生成して、この生成されたエネルギービームを使用して硬化可能な造形材料を硬化させることが可能である。この少なくとも一つの照射線発生機器の動作制御は、その照射線発生機器に対して配備された一つの制御機器によって行われる。この制御機器は、この少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御するための制御情報を生成して、この照射線発生機器に送るように構成される。
【００２８】
それに対応して、相応の照射線発生機器は、コーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の終了後に、一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための一つのエネルギービームを生成するように構成することができる。この変形形態においては、造形材料の硬化が、コーティング過程の終了後に、即ち、典型的には、相応の層情報の取得後に初めて行われる。その際、このエネルギービームは、特に、少なくとも一つのビーム偏向機器によって、この少なくとも一つの検出機器が既に相応の層情報を取得した領域である、一つの塗布された造形材料層の一つの領域に誘導できるようにすることができる。これは、層情報により表わされる、塗布された造形材料層の品質に応じて、エネルギービームの所定のビーム特性を適合又は設定できるとの点で目的に適っている。塗布された造形材料層の品質が、予め定めることが可能な、或いは予め定められた所定の品質基準を満たしていない場合、場合によっては、一つの造形材料層の照射を実行しないようにすることもできる。この場合、一回のコーティング過程の実行後に、相応の品質基準を満たしていない一つの造形材料層をユーザに提示するためのユーザ情報をユーザに出力することができる。
【００２９】
それに代わって、相応の照射線発生機器は、（依然として）コーティング機器を使用して実行されている一回のコーティング過程の間に、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための一つのエネルギービームを生成するように構成することができる。この変形形態では、早くもコーティング過程の間に、即ち、典型的には、相応の層情報を取得している間に、造形材料の硬化が早くも行われる。この変形形態により、コーティング、相応の層情報の取得及び照射を（実質的に）同時に、或いは短い時間間隔で実行できるので、非生産的な時間を特に短縮できる上に、付加的な造形プロセスを特に加速化できる。その際、同様に、特に、少なくとも一つのビーム偏向機器によって、少なくとも一つの検出機器が既に相応の層情報を取得した領域である、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の一つの領域にエネルギービームを誘導できるようにすることもできる。従って、このエネルギービームは、コーティング機器の後を追って追従することができる。そのことは、上記で言及した通り、ここでは、層情報により表わされる、塗布された造形材料層の品質に応じて、エネルギービームの所定のビーム特性を適合又は設定できるとの点で目的に適っている。
【００３０】
塗布された造形材料層の品質が、予め定めることが可能な、或いは予め定められた所定の品質基準を満たしていない場合、場合によっては、一つの造形材料層の照射を実行しないようにすることもできる。この場合、一回のコーティング過程の実行後に、相応の品質基準を満たしていない一つの造形材料層をユーザに提示するためのユーザ情報をユーザに出力することができる。
【００３１】
しかし、特に、少なくとも一つのビーム偏向機器によって、少なくとも一つの検出機器が相応の層情報を未だ取得していない領域である、コーティング機器を使用して塗布される一つの造形材料層の一つの領域にエネルギービーム又は更に別のエネルギービームを誘導できるようにすることも考えられる。従って、この一つのエネルギービーム又は更に別のエネルギービームは、コーティング機器の前を先行して誘導することができる。コーティング機器に先行する一つのエネルギービーム及びコーティング機器に追従する一つのエネルギービームは、それらのビーム特性、特に、それらのエネルギー密度、強度等が異なるようにすることができ、例えば、コーティング機器に先行する一つのエネルギービームが、硬化すべき造形材料の事前硬化を引き起こすことができ、コーティング機器に追従する一つのエネルギービームが、この事前硬化された造形材料の事後硬化を引き起こすことができる。
【００３２】
本装置は、既述の通り、少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御する少なくとも一つの制御機器を備えることができる。この制御機器は、取得した層情報に応じて、少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御するための制御情報を生成するように構成することができる。相応の制御情報は、コーティング機器を使用して塗布されて選択的に硬化される一つの造形材料層における、エネルギービームを使用して照射すべき領域及び／又は生成すべき、或いは生成された一つのエネルギービームのビーム特性、特に、エネルギー密度、強度等を表す照射情報を含むことができる。従って、この制御機器によって、相応の層情報により表わされる品質に応じて、コーティング機器を使用して塗布される一つの造形材料層における所定の照射領域及び／又は一つのエネルギービームのビーム特性を適合又は設定することが可能である。既述の通り、塗布された造形材料層の品質が（領域に渡って、或いは局所的に）予め定めることが可能な、或いは予め定められた所定の品質基準を満たしていない場合、場合によっては、一つの造形材料層の一回の照射を（領域に渡って、或いは局所的に）実行しないようにすることもできる。
【００３３】
相応の検出機器又はそれに付属する、光学レンズなどの検出部品、特に、光学式検出部品は、造形プロセスに起因して、例えば、微細な造形材料粒子及び／又は析出粒子の堆積によって汚されることがある。そのため、この検出機器には、その少なくとも一つの検出機器に付属する少なくとも一つの検出部品、特に、光学式検出部品、例えば、一つの光学レンズにおける造形プロセスに起因した汚れを取り除く少なくとも一つのクリーニング機器を配備することができる。相応のクリーニング機器は、液体のクリーニング剤が一つのクリーニングすべき検出部品上を、或いはクリーニングすべき検出部品に沿って流れるように構成することができる。相応のクリーニング剤は、ガス、即ち、例えば、二酸化炭素、窒素等とすることができる。クリーニング剤として使用されるガスは、同じく、一つの装置側プロセスチャンバ内に流れ込む不活性保護ガスとすることができる。
【００３４】
そのような保護ガスが、一つの装置側プロセスチャンバ内に流れ込むか、或いはそれを通って流れる場合、本装置は、本装置の一つのプロセスチャンバ内に流れ込む一つの保護ガス流を流入方向と異なる少なくとも一つの転向方向に転向させる少なくとも一つの転向機器、特に、一つの造形面に対して相対運動可能であるように支承された転向機器を備えることができる。そのようにして、個々の保護ガス流を発生させることができる。相応の転向機器は、一つのプロセスチャンバ内に配置又は構成された複数の転向部品を備えることができる。相応の転向部品の好適な配置及び配向によって、ループ状に一つのプロセスチャンバを通って循環する一つの保護ガス流を発生させることができる。
【００３５】
本装置は、更に、特に、少なくとも一つのエネルギービームを使用して作製される一つの溶融された造形材料層領域（「溶融池」）の寸法、形状及び温度の中の一つ以上を表す溶融領域情報を取得する少なくとも更に別の検出機器と、この更に別の検出機器に対して配備された、少なくとも一つの製造すべき三次元物体の品質に関して、取得した溶融領域情報を評価する少なくとも一つの評価機器とを備えることができる。そのようにして、所謂、溶融池解析手法に基づき付加的な造形プロセスを更により良好に監視して、製造すべき三次元物体の品質をより良好に予想又は見積もることができる。
【００３６】
本装置は、それに加えて、造形プロセスに起因して、硬化すべき造形材料層から剥がれて、一つの装置側プロセスチャンバ内に制御不能な形で飛ばされる部分硬化された造形材料及び／又は未硬化の造形材料を捕捉する少なくとも一つの捕捉機器を備えることができる。そのようにして、造形プロセスに起因して、硬化すべき造形材料層から剥がれて、一つの装置側のプロセスチャンバ内に制御不能な形で飛ばされる相応の造形材料によって、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の品質が阻害されることを防止できる。相応の捕捉機器は、典型的には、一つのエネルギービームを通過させるための少なくとも一つの貫通穴、例えば、スロット状の貫通穴を有する。相応の捕捉機器は、同様
に、一つの造形面に対して相対運動可能であるように支承することができる。
【００３７】
本発明は、更に、特に、上記で説明した通りの一つの装置を用いて、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための少なくとも一つのエネルギービームを生成する少なくとも一つの照射線発生機器により生成される少なくとも一つのエネルギービームを使用して、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を層単位に選択的に硬化させることによって、少なくとも一つの三次元物体を付加的に製造する方法に関する。本方法は、一つのコーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の間に、このコーティング過程の枠内で塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を表す層情報を取得することを特徴とする。
【００３８】
本方法の範囲内において、一つの（コーティングすべき）造形面又は塗布された造形材料層に対して相対運動可能であるように支承された少なくとも一つの検出機器を使用することができる。一つの造形面上に、或いはコーティング機器を使用してその前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された少なくとも一つの硬化可能な造形材料の造形材料層上に、少なくとも一つの硬化可能な造形材料の一つの定義された造形材料層を塗布するために、一つの造形面に対して相対運動可能であるように支承された、少なくとも一回のコーティング過程を実行する少なくとも一つのコーティング機器を使用することも考えられる。この少なくとも一つの検出機器の運動は、この少なくとも一つのコーティング機器の運動と連動させることができる。
【００３９】
本方法の範囲内において、コーティング機器を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に表す層画像情報を取得する画像検出機器、特に、カメラ機器として構成された、或いはそのような少なくとも一つの画像検出機器、特に、カメラ機器を有する少なくとも一つの検出機器を使用することができる。
【００４０】
本方法の範囲内において、コーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の終了後に、相応の層情報の取得を終了した後で、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための一つのエネルギービームを生成することができる。このエネルギービームは、特に、少なくとも一つのビーム偏向機器によって、少なくとも一つの検出機器が既に相応の層情報を取得した領域である、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の一つの領域上に誘導することができる。
【００４１】
それに代わって、少なくとも一つの硬化可能な造形材料を硬化させるための一つのエネルギービームは、コーティング機器を使用して実行される一回のコーティング過程の間に（依然として）相応の層情報を取得している間に生成することができる。このエネルギービームは、特に、少なくとも一つのビーム偏向機器によって、少なくとも一つの検出機器が既に相応の層情報を取得した領域である、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の一つの領域上に偏向させるか、或いは少なくとも一つの検出機器が相応の層情報を未だ取得していない領域である、コーティング機器を使用して塗布された一つの造形材料層の一つの領域上に偏向させることができる。
【００４２】
本方法の範囲内において、少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御する少なくとも一つの制御機器によって、少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御することができ、その際、この制御機器は、取得した層情報に応じて、少なくとも一つの照射線発生機器の動作を制御するための制御情報を生成する。
【００４３】
本方法の範囲内において、少なくとも一つの検出機器に付属する少なくとも一つの検出部品、特に、光学式検出部品における造形プロセスに起因する汚れは、この検出機器に対して配備された少なくとも一つのクリーニング機器を使用して取り除くことができる。
【００４４】
基本的に、本装置に関連する全ての実施形態は、本方法に関しても同様に適用され、その逆もまた然りである。
【００４５】
図面における実施例に基づき、より詳細に本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一つの実施例に基づく装置の原理図である。
【図２】本発明の一つの実施例に基づく装置の原理図である。
【図３】本発明の一つの実施例に基づく装置の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、本発明の一つの実施例に基づく装置１の原理図を図示している。この装置１は、一つの照射線発生機器４、即ち、一つのレーザー発生機器により生成される一つのエネルギービーム５、即ち、レーザービームを使用して、硬化可能な造形材料３、即ち、金属粉末又はプラスチック粉末を層単位に選択的に硬化させることによって、三次元物体２を付加的に製造する機能を有する。
【００４８】
この装置１は、選択的レーザー焼結プロセスを実行する選択的レーザー焼結装置、略してＳＬＳ装置として、或いは選択的レーザー溶融プロセスを実行する選択的レーザー溶融装置、略してＳＬＭ装置として構成することができる。
【００４９】
照射線発生機器４には、照射線発生機器４により生成されたエネルギービーム５を、この装置１の一つのプロセスチャンバ７内の一つの造形面１０に狙い通りに偏向させる一つのビーム偏向機器６が配備されている。エネルギービーム５を狙い通りに偏向させるために、ビーム偏向機器６は、例えば、偏向ミラー又は転向ミラーなどの（図示されていない）一定数の好適なビーム偏向部品を有する。照射線発生機器４はレーザー発生機器であるので、ビーム偏向機器６は、レーザースキャナ、略してスキャナと呼ぶか、或いは看做すことができる。ビーム偏向機器６は、照射線発生機器４により生成されるエネルギービーム５のビームパス内に配置されている。
【００５０】
この装置１は、硬化可能な造形材料３の選択的な硬化が行われる一つの造形面１０上に、或いはその前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された一つの造形材料層９上に、硬化可能な造形材料３の一つの定義された造形材料層９を塗布するためのコーティング過程を実行する一つのコーティング機器８を有する。その前のコーティング過程を実行する枠内で事前に塗布された造形材料層９は、同様に造形面１０と呼ぶか、或いは看做すことができ、何故なら、そこでも同様に硬化可能な造形材料３の選択的な硬化が行われるからである。
【００５１】
このコーティング機器８は、水平方向を向いた両方向矢印により示される通り、造形面１０に対して相対運動可能であるように支承されるとともに、（別に図示されていない）一つ又は複数のコーティング部品、即ち、例えば、コーティングブレードを有する。
【００５２】
この装置１は、更に、コーティング機器８を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層９の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に定性的又は定量的に表す層情報を取得する一つの検出機器１１を有する。この検出機器１１は、コーティング機器８を使用して実行される一回のコーティング過程の間に相応の層情報を取得するように構成されている。
【００５３】
この検出機器１１は、コーティング機器８の上又は内部に配置される。この検出機器１１がコーティング機器８の上又は内部に配置されることによって、一回のコーティング過程の枠内において、検出機器１１の運動軌道がコーティング機器８の運動軌道と同一となる。
【００５４】
この検出機器１１は、コーティング機器８を使用して一回のコーティング過程を実行する枠内で塗布された一つの造形材料層９の品質、特に、その表面の品質を少なくとも部分的に表す層画像情報を取得する画像検出機器、特に、カメラ機器である。この画像検出機器は、一つの比較的高い横方向分解能を特徴とするラインスキャンカメラである。従って、この画像検出機器は、相応の層情報を一次元で、即ち、列単位又は行単位で取得するように構成されている。この画像検出機器の焦点は、当然のことながら取得すべき一つの造形材料層（領域）に向けられるか、或いは設定される。この画像検出機器は、目的に適うこととして、取得すべき一つの造形材料層領域を少なくとも一時的にライトアップ又は照明する照明手段、即ち、例えば、一つのフラッシュ光を発生する機器を備える。
【００５５】
検出機器１１を使用して、コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９の品質、特に、その表面の品質を早くも一回のコーティング過程の間に取得することが可能である。コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９の品質は、特に、その造形材料層９の、特に、その表面の平滑度、層厚などのパラメータ、一般的には正常性に関するものである。
【００５６】
この品質に関して取得すべき、或いは取得された、コーティング機器８を使用して塗布された造形材料層９とは、既に硬化した造形材料層（領域）であると、そのため製造すべき三次元物体２の部分であると解釈することもできる。そのため、相応の層情報は、三次元物体２又はその物体の表面の品質を表すこともでき、その結果、三次元物体２又はその物体の表面の品質を取得することも可能である。
【００５７】
如何なる場合でも、相応の造形材料層９の品質の取得は、相応のコーティング過程と並行して、或いは定義された造形材料層を一つの造形面１０上に塗布するための相応のコーティング過程の実行と同時に行うことができる。そのようにして、非生産的な時間を低減して、付加的な造形プロセスを全体として加速することができる。
【００５８】
それに加えて、この検出機器１１によって、コーティング機器８の障害、即ち、損傷又は不具合を（早期に）検出することが可能であり、何故なら、それらは、コーティング機器８を使用して塗布された造形材料層９に直接反映されるために、相応の層情報により表すことができるからである。コーティング機器８の障害は、典型的には、塗布された造形材料層９と検出機器１１の間の定義された間隔が変化することで検知できる。この間隔変化は、例えば、検出機器１１の焦点変化に基づいて、これらの層情報に影響を及ぼし得るものであり、従って、相応の層情報によって表すことができる。図面に図示された実施例において画像検出機器として構成された検出機器１１では、相応の間隔変化が、解像度、焦点、明度等の変化を引き起こすことができる。
【００５９】
照射線発生機器４の動作の制御は、照射線発生機器４に対して配備された（図示されていない）一つの制御機器によって行われる。この制御機器は、照射線発生機器４の動作を制御するための制御情報を生成して、照射線発生機器４に送るように構成されている。相応の制御情報は、コーティング機器８を使用して塗布されて選択的に硬化された一つの造形材料層９において、エネルギービームを使用して照射される領域及び／又は生成すべき、或いは生成された一つのエネルギービーム５のビーム特性、特に、エネルギー密度、強度等を表す照射情報を含むことができる。従って、この制御機器によって、コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９における、相応の層情報により表わされる品質に応じて、所定の照射領域及び／又は一つのエネルギービーム５のビーム特性を適合又は設定することが可能である。
【００６０】
図１に図示された実施例では、コーティング機器８を使用して実行される一回のコーティング過程の終了後に一つのエネルギービーム５が生成されるように、照射線発生機器４を動作させることができる（図１を参照）。この変形形態では、このコーティング過程の終了後に初めて、即ち、典型的には、相応の層情報の取得後においても、造形材料３の硬化が行われる。このエネルギービーム５は、ここでは、ビーム偏向機器６によって、一つの検出機器１１が既に相応の層情報を取得した領域である、コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９の一つの領域上に誘導される。そのことは、層情報により表わされる、塗布された造形材料層９の品質に応じて、エネルギービーム５の所定のビーム特性を適合又は設定できるとの点で目的に適っている。
【００６１】
塗布された造形材料層９の品質が、予め定めることが可能な、或いは予め定められた所定の品質基準を満たしていない場合、場合によっては、一つの造形材料層９の照射を実行しないようにすることもできる。この場合、制御装置によって、一回のコーティング過程の実行後に、相応の品質基準を満たしていない一つの造形材料層９をユーザに提示するためのユーザ情報をユーザに出力することができる。
【００６２】
図２に図示された実施例では、（依然として）コーティング機器８を使用して実行されている一回のコーティング過程の間に一つのエネルギービーム５が生成されるように、照射線発生機器４を動作させることができる。この変形形態では、コーティング過程の間に、即ち、典型的には、相応の層情報を取得している間に、早くも造形材料３の硬化が行われる。この変形形態によって、コーティング、相応の層情報の取得及び照射を（実質的に）同時に、或いは短い時間間隔で実行できるので、非生産的な時間を特に短縮できる上に、付加的な造形プロセスを特に加速化できる。その際、このエネルギービーム５も、ビーム偏向機器６によって、同様に、検出機器１１が既に相応の層情報を取得した領域である、コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９の一つの領域上に誘導される。従って、このエネルギービーム５は、コーティング機器８の後を追って追従することになる（破線で示された表示を参照）。そのことは、層情報により表わされる、塗布された造形材料層８の品質に応じて、エネルギービーム５の所定のビーム特性を適合又は設定できるとの点で目的に適っている。
【００６３】
この実施例でも、塗布された造形材料層９の品質が、予め定めることが可能な、或いは予め定められた所定の品質基準を満たしていない場合、場合によっては、一つの造形材料層９の照射を実行しないようにすることもできる。その場合、この実施例でも、一回のコーティング過程の実行後に相応の品質基準を満たしていない一つの造形材料層９をユーザに提示するためのユーザ情報をユーザに出力することができる。
【００６４】
しかし、ビーム偏向機器６によって、検出機器１１が相応の層情報を未だ取得していない領域である、コーティング機器８を使用して塗布された一つの造形材料層９の一つの領域上に、このエネルギービーム５又は更に別のエネルギービーム５を誘導することも考えられる。従って、このエネルギービーム５又は更に別のエネルギービーム５は、コーティング機器８の前を先行して誘導することもできる。
【００６５】
図３に図示された実施例では、矢印で示された保護ガスが、プロセスチャンバ７内に、或いはそれを通過して流れる場合に、本装置１が、更に、造形面１０に対して相対運動可能であるように支承された、プロセスチャンバ７内に流れ込む保護ガス流を一つの流入方向と異なる少なくとも一つの転向方向に転向させる一つの転向機器１３を備え得ることが図示されている。この転向機器１３は、コーティング機器８に配置されている。この転向機器１３は、ここでは、ループ状にプロセスチャンバ７を通って循環する一つの保護ガス流を生成することができる複数の互いに接続された転向部品を有する。
【００６６】
これらの図面に図示された実施例では、更に、検出機器１１に付属する検出部品、特に、光学式検出部品、例えば、一つの光学レンズにおける造形プロセスに起因する汚れを取り除く一つのクリーニング機器１２が図示されている。このクリーニング機器１２は、液体のクリーニング剤が、即ち、例えば、ガスが、一つのクリーニングすべき検出部品上を流れるか、或いは少なくとも一つのクリーニングすべき検出部品に沿って流れるように構成されている。
【００６７】
当然のことながら、本装置１は、これまでに指摘した本装置１の機能コンポーネントの外に、付加的な造形プロセスを実現するために、そのため三次元物体２を付加的に製造するために必要な更に別の機能コンポーネントを有する。それに数えられるものは、特に、プロセスチャンバ７を備えた一つのハウジング機器１４、製造すべき、或いは製造された三次元物体２を担持する一つの担持機器１５であって、垂直方向を向いた両方向矢印により示されている通り（上下方向に）可動形態に支承された一つの担持部品１６を有する一つの担持機器１５、プロセスチャンバ７内において造形材料３を塗布及び／又は計量する（図示されていない）一つの造形材料塗布及び／又は計量機器である。
【００６８】
これらの図面には図示されていないが、本装置１は、更に、特に、少なくとも一つのエネルギービーム５を使用して作製される一つの溶融した造形材料層領域（「溶融池」）の寸法、形状及び温度の中の一つ以上を表す溶融領域情報を取得する更に別の検出機器と、この更に別の検出機器に対して配備された、少なくとも一つの製造すべき三次元物体２の品質に関して、取得した溶融領域情報を評価する少なくとも一つの評価機器とを備えることができる。そのようにして、付加的な造形プロセスを溶融池解析手法に基づき更により良好に監視して、製造すべき三次元物体２の品質をより良好に予想又は見積もることができる。
【００６９】
本装置１は、それに加えて、造形プロセスに起因して一つの硬化すべき造形材料層９から剥がれて、プロセスチャンバ７内に制御不能な形で飛ばされる部分硬化された造形材料３及び／又は未硬化の造形材料３を捕捉する（図示されていない）一つの捕捉機器を備えることができる。相応の捕捉機器は、典型的には、エネルギービーム５を通過させるための貫通穴、例えば、スロット状の貫通穴を有する。同様に、相応の捕捉機器は、造形面１０に対して相対運動可能であるように支承することができる。
【００７０】
これらの図面に図示された装置１により、一つの硬化可能な造形材料３を硬化させるための一つのエネルギービーム５を生成する一つの照射線発生機器４により生成される一つのエネルギービーム５を使用して、一つの硬化可能な造形材料３を層単位に選択的に硬化させることによって、三次元物体２を付加的に製造する方法を実行することができる。この方法は、一つのコーティング機器８を使用して実行される一回のコーティング過程の間に、このコーティング過程の枠内で塗布された一つの造形材料層９の品質、特に、その表面の品質を表す層情報を取得することを特徴とする。
【符号の説明】
【００７１】
１  本装置
２  物体
３  造形材料
４  照射線発生機器
５  エネルギービーム
６  ビーム偏向機器
７  プロセスチャンバ
８  コーティング機器
９  造形材料層
１０  造形面
１１  検出機器
１２  クリーニング機器
１３  転向機器
１４  ハウジング機器
１５  担持機器
１６  担持部品
【図１】
2020073719.tif 000003
【図２】
2020073719.tif 000004
【図３】
2020073719.tif 000005