(57)【要約】【課題】複数のエネルギー源（１２０）を利用する粉末床付加製造プロセスを監視するシステム（１００）と方法（３００）が提供される。【解決手段】付加粉末層（１４２）が粉末床上に堆積され、第１のエネルギー源（２５０）、第２のエネルギー源（１２０）、又は他の任意の適切な数のエネルギー源（１２０）を用いて溶融される。第１の溶融プール（２５２）における電磁エネルギー放出が溶融プール監視システム（２００）によって監視され、原放出信号として記録される。溶融プール監視システム（２００）はまた、軸外センサ（２０２）を用いて粉末床からの放出を、あるいは軸上センサ（２０２）を用いて第２の溶融プール（２６２）からの放出も監視することができる。これらの放出を使用して、原放出信号を修正し、補償放出信号を生成することができる。補償放出信号は解析されて外れ値放出を識別し、外れ値放出が所定の信号閾値を超えるときにアラートが提供されるか又はプロセス調整を行うことができる。【選択図】図５
2020075505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエネルギー源（１２０）を利用する、粉末床付加製造プロセスを監視する方法（３００）であって、
付加製造装置の粉末床に付加材料層を堆積することと、
前記付加材料層の第１の焦点（１７４）に向けて第１のエネルギー源（２５０）からエネルギーを選択的に指向させることと、
同時に、前記付加材料層の第２の焦点（１７４）に向けて第２のエネルギー源（１２０）からエネルギーを選択的に指向させることと、
溶融プール監視システム（２００）を用いて、前記粉末床の前記第１の焦点（１７４）からの原放出信号を測定することと、
補償放出信号を取得するために、前記原放出信号と前記第２のエネルギー源（１２０）の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて前記原放出信号を修正することと、
前記補償放出信号が所定の信号閾値を超える、前記補償放出信号からの外れ値放出を識別することと、
外れ値放出の識別に応答してアラートを生成することと、
を含む方法（３００）。
【請求項２】
前記補償放出信号を取得するために前記原放出信号を修正することが、
前記第１の焦点（１７４）と前記第２の焦点（１７４）の間の相対的方向と距離を表す位置ベクトル（２８０）である、前記第１の焦点（１７４）と前記第２の焦点（１７４）の間の位置ベクトル（２８０）を判定することと、
前記粉末床の前記第２の焦点（１７４）からの第２の放出信号を測定することと、
前記第２の放出信号と前記位置ベクトル（２８０）に少なくとも部分的に基づいて前記原放出信号を修正することと、
を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記補償放出信号を取得するために前記原放出信号を修正することが、
前記第１のエネルギー源（２５０）と前記第２のエネルギー源（１２０）の間の相対的軌道を判定することと、
前記粉末床の前記第２の焦点（１７４）からの、第２の放出信号を測定することと、
前記第２の放出信号と、前記第１のエネルギー源（２５０）と前記第２のエネルギー源（１２０）の相対的軌道とに少なくとも部分的に基づいて、前記原放出信号を修正することと、
を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記相対的軌道は、前記第１のエネルギー源（２５０）の第１の軌道（２８２）と、前記第２のエネルギー源（１２０）の第２の軌道（２８４）との差であり、
前記第１の軌道（２８２）と前記第２の軌道（２８４）のそれぞれは、焦点（１７４）の絶対位置と、前記焦点（１７４）の命令されたツール経路と、前記命令されたツール経路に沿う前記焦点（１７４）の推定速度とを含む、請求項３に記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記第１の軌道（２８２）は、以前のタイムスタンプ、前記第１の焦点（１７４）の以前の位置、現在のタイムスタンプ、及び前記第１の焦点（１７４）の現在の位置に少なくとも部分的に基づいて算出される、請求項４に記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記相対的軌道は、付加製造プロセスを促進するために使用される、命令されたツール経路（２５６）を画定する走査モデルに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の方法（３００）。
【請求項７】
前記補償放出信号を取得するために前記原放出信号を修正することが、前記原放出信号の修正に使用される放出補正因子を決定することを含む、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記放出補正因子は、前記第１の焦点（１７４）と前記第２の焦点（１７４）の間の相対位置と、前記第１のエネルギー源（２５０）と前記第２のエネルギー源（１２０）の相対的軌道と、前記粉末床上を通過するパージガス（２７０）の流れベクトル（２８６）のうちの少なくとも１つの関数である、請求項７に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記放出補正因子は、前記第２のエネルギー源（１２０）により生成される第２の溶融プール（２６２）から放出されるエネルギー又は副産物が、前記第１のエネルギー源（２５０）により生成される第１の溶融プール（２５２）から放出される光又は副産物として測定される確率である、請求項７又は請求項８に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
第３のエネルギー源（１２０）からのエネルギーを前記付加材料層の第３の焦点（１７４）に向けて選択的に指向させることをさらに備え、補償放出信号を取得することが、前記原放出信号と、前記第３のエネルギー源（１２０）の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて、前記原放出信号を修正することを含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法（３００）。
【請求項１１】
前記原放出信号は、少なくとも１つの軸上溶融プール（１７６）センサによって取得される、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法（３００）。
【請求項１２】
前記補償放出信号を取得するために前記原放出信号を修正することが、
軸外溶融プール（１７６）センサを用いて粉末床放出信号を測定することと、
前記粉末床放出信号に少なくとも部分的に基づいて前記原放出信号を修正することと、
をさらに含む、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法（３００）。
【請求項１３】
付加製造装置であって、
前記付加製造装置の粉末床上に付加材料層を堆積させるための粉末（１４２）堆積システム（１００）と、
前記付加材料層の第１の焦点（１７４）に向けて第１のエネルギービーム（１２２）を選択的に指向させるための第１のエネルギー源（２５０）と、
前記付加材料層の第２の焦点（１７４）に向けて第２のエネルギービーム（１２２）を同時に選択的に指向させるための第２のエネルギー源（１２０）と、
前記粉末床から放出される電磁エネルギーを測定するための溶融プール監視システム（２００）と、
溶融プール監視システム（２００）に動作可能に結合されたコントローラ（２２０）であって、
前記第１のエネルギービーム（１２２）によって前記第１の焦点（１７４）に形成される第１の溶融プール（２５２）から放出される第１の放出信号を測定し、
前記第２のエネルギービーム（１２２）によって前記第２の焦点（１７４）に形成される第２の溶融プール（２６２）から放出される第２の放出信号を測定し、
補償放出信号を取得するために、前記第２の放出信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１の放出信号を修正し、
前記補償放出信号が所定の信号閾値を超える外れ値放出を識別し、
外れ値放出の識別に応答してアラートを生成する、
ように構成されたコントローラ（２２０）と、
を備える付加製造装置。
【請求項１４】
前記第１の放出信号を修正することが、
前記第１の焦点（１７４）と前記第２の焦点（１７４）の間の相対的方向と距離を表す位置ベクトル（２８０）である、前記第１の焦点（１７４）と前記第２の焦点（１７４）の間の位置ベクトル（２８０）を判定することと、
前記第２の放出信号と前記位置ベクトル（２８０）に少なくとも部分的に基づいて前記第１の放出信号を修正することと、
を含む、請求項１３に記載の付加製造装置。
【請求項１５】
前記第１の放出信号を修正することが、
前記第１のエネルギー源（２５０）と前記第２のエネルギー源（１２０）の間の相対的軌道を判定することと、
前記第２の放出信号と、前記第１のエネルギー源（２５０）と前記第２のエネルギー源（１２０）の相対的軌道とに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の放出信号を修正することと、
を含む、請求項１３に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願人は、「溶融プール監視システム及びマルチレーザ付加製造プロセスにおけるエラー検出のための方法（Ｍｅｌｔ  Ｐｏｏｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｅｒｒｏｒｓ  ｉｎ  ａ  Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｓｅｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）」と題する、２０１８年１１月９日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６２／７５７，８５５号の優先権を主張し、その開示を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本開示は一般に付加製造装置に関し、より具体的には、複数エネルギー源を使用する付加製造装置のエラー検出システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
付加製造（ＡＭ）プロセスは、サブトラクティブ製造方法とは対照的に、通常一つ又は複数の材料を積層して、ネットシェイプ又はニアネットシェイプ（ＮＮＳ）の物体を作製することを含む。「付加製造」は業界での標準用語（ＩＳＯ／ＡＳＴＭ５２９００）であるが、ＡＭには、自由造形、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング／ラピッドツーリングなどの様々な名称で知られている様々な製造技術及びプロトタイピング技術が含まれる。ＡＭ技術では、広範な種類の材料から複雑な部品を製造することが可能である。一般的に、自立構造物体をコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから製造可能である。
【０００４】
特定の種類のＡＭプロセスでは、電子ビームやレーザビームなどのエネルギービームを指向させる照射放出指向装置などのエネルギー源を使用して、粉末材料を焼結又は溶融させ、粉末材料粒子が互いに結合した固体３次元物体を形成する。ＡＭプロセスは、エンジニアリングプラスチック、熱可塑性エラストマー、金属及び／又はセラミックスなどの異なる材料系又は付加粉末を使用可能である。レーザ焼結又はレーザ溶融は機能性プロトタイプ及びツールのラピッド製造のための注目すべきＡＭプロセスである。用途としては、複雑なワークピース、インベストメント鋳造のパターン、射出成型及びダイキャスト用金属鋳型、並びに砂型鋳造のための鋳型及び中子の直接製造が含まれる。設計サイクル中の概念のやり取り及びテストを強化するためのプロトタイプの製造が、ＡＭプロセスのその他の一般的な使用法である。
【０００５】
選択的レーザ焼結、直接レーザ焼結、選択的レーザ溶融、および直接レーザ溶融は、レーザビームを使用して微細粉末を焼結または溶融することにより三次元（３Ｄ）物体を製造することに関して使用される、一般的な業界用語である。より正確には、焼結は、粉末材料の融点を下回る温度で粉末粒子を溶かす（凝集させる）ことを伴い、他方で、溶融は、固体の均質な塊を形成するために粉末粒子を完全に溶かすことを伴う。レーザ焼結またはレーザ溶融に関連する物理プロセスには、粉末材料への熱伝達、およびその後の粉末材料の焼結または溶融が含まれる。レーザによる焼結及び溶融プロセスは広範囲の粉末材料に適用可能であるが、製造過程の化学的及び技術的側面、例えば、層の製造プロセス中の焼結又は溶融速度及び処理パラメータが微細構造の進展に与える影響は、未だ十分に理解されていない。この製造方法には、複数のモードの熱、質量、運動量の伝達、及び化学反応が付随し、これがプロセスを非常に複雑にする。
【０００６】
直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）又は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）の間、装置はエネルギービームを使用して粉末材料を焼結又は溶融して１層ずつ物体を造形する。エネルギービームによって溶融されるべき粉末は、造形プラットフォーム上の粉末床上に均一に広げられ、照射放出指向装置の制御のもとに、エネルギービームが造形される物体の断面層を焼結又は溶融する。造形プラットフォームが下げられて、別の粉末層が粉末床と造形中の物体上に広げられ、次の粉末の溶融／焼結が引く続き行われる。このプロセスは、溶融／焼結された粉末材料から部品が完全に造形されるまで繰り返される。
【０００７】
部品の製造が完了したのち、様々な後処理手順が部品に適用されてもよい。後処理手順としては、例えば吹き付け又は真空吸引による余剰粉末の除去が含まれる。他の後処理手順には応力除去プロセスが含まれる。また、熱的、機械的及び化学的後処理手順を用いて部品仕上げることも可能である。
【０００８】
付加製造プロセスを監視するために、特定の従来型の付加製造装置には、溶融プール監視システムが含まれる。これらの監視システムは通常、エネルギービームが生成する溶融プールから放射又はその他の形で放出される光を検出するための、１つ以上のカメラ又は光センサを含む。カメラ又はセンサの値を使用して、造形プロセスの進行中又は終了後に造形物の品質を評価することができる。品質評価により、造形プロセスの調整、造形プロセスの停止、造形プロセスの異常のトラブルシュート、機械オペレータへの警告の発行、及び／又は造形により生じる低品質又はその疑いのある部分の特定を行うことができる。
【０００９】
ただし従来の溶融プール監視システムは、単一のエネルギー源又は溶融プールの運転を監視するように構成されている。特に、付加製造装置は、例えば印刷時間を短縮するために、複数の溶融プールを生成するための複数のエネルギー源を含む場合がある。複数の溶融プールと、それらに対応する電磁放出、焼結副産物及び熱生成は、特定の溶融プールに関するセンサの値に影響を与える可能性がある。従来の監視システムは、これらの相互作用に基づく測定信号の変化を補償することはできない。さらに、ほとんどの溶融プール監視システムでは、データ解析を造形の完了後に行うか、さもなくば、複雑なためにプロセスの問題点の特定が遅くなる。さらに、そのような溶融プール監視システムは、完成部品の品質問題、廃棄部品、材料コストの増大、及び過度の機械のダウンタイムをもたらすプロセス不良の特定には効果的でないことが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、改善されたエラー検出システムを備える付加製造装置は有益となるであろう。より具体的には、複数の溶融プールを監視し、付加製造装置の動作中のプロセス問題を迅速かつ効果的に検出するために溶融プール相互作用を補償する、溶融プール監視システムを利用するシステム及び方法は特に有益となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
態様及び利点は、以下の説明で部分的に記述されるか、その説明によって明らかであるか、または本発明の実施によって習得することができる。
【００１２】
本主題の一実施形態によれば、複数のエネルギー源を利用する粉末床付加製造プロセスの監視方法が提供される。この方法は、付加製造装置の粉末床に付加材料層を堆積することと、付加材料層の第１の焦点に向けて第１のエネルギー源からエネルギーを選択的に指向させることと、同時に、付加材料層の第２の焦点に向けて第２のエネルギー源からエネルギーを選択的に指向させることと、溶融プール監視システムを用いて、粉末床の第１の焦点からの原放出信号を測定することと、を含む。この方法は、原放出信号と第２のエネルギー源の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて、補償放出信号を取得するために原放出信号を修正することと、補償放出信号が所定の信号閾値を超える、補償放出信号からの外れ値放出を識別することと、外れ値放出の識別に応答してアラートを生成することとをさらに含む。
【００１３】
別の例示的実施形態によれば、付加製造装置が提供され、それは、付加製造装置の粉末床上に付加材料層を堆積させるための粉末堆積システムと、付加材料層の第１の焦点に向けて第１のエネルギービームを選択的に指向させるための第１のエネルギー源と、付加材料層の第２の焦点に向けて第２のエネルギービームを同時に選択的に指向させるための第２のエネルギー源とを含む。溶融プール監視システムが粉末床から放出された電磁エネルギーを測定し、コントローラが溶融プール監視システムに動作可能に結合される。コントローラは、第１のエネルギービームによって第１の焦点に形成される第１の溶融プールから放出される第１の放出信号を測定し、第２のエネルギービームによって第２の焦点に形成される第２の溶融プールから放出される第２の放出信号を測定し、補償放出信号を取得するために、第２の放出信号に少なくとも部分的に基づいて第１の放出信号を修正するように構成される。このコントローラは、補償放出信号が所定の信号閾値を超える、外れ値放出を識別し、外れ値放出の識別に応答してアラートを生成するようにさらに構成される。
【００１４】
これら及びその他の特徴、態様、利点は以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるようになるであろう。本明細書に組み込まれ、この明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明と相俟って本発明の特定の原理の説明に供される。
【００１５】
当業者に向けられた本発明の完全かつ実施可能な開示は、その最良の形態を含めて、添付の図面を参照する本明細書において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本主題の例示的実施形態による付加製造装置の概略図である。
【図２】本主題の例示的実施形態による、図１の例示的付加製造装置の造形プラットフォームの拡大概略図である。
【図３】本主題の例示的実施形態による、複数のエネルギー源を使用する付加製造装置の概略図である。
【図４】本開示の一実施形態による、複数のエネルギー源を使用する粉末床付加製造の監視方法である。
【図５】本主題の例示的実施形態による、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の命令されたツール経路と、これらのエネルギー源の推定軌道と、パージガス流との概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書及び図面における参照文字の反復使用は、本発明の同一又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。
【００１８】
次に本発明の実施形態を詳細に参照する。その１つ又は複数の実施例を図面に示す。各実施例は本発明の説明のために提供するものであり、本発明を限定するためのものではない。実際に、本発明の範囲または精神を逸脱することなしに本発明に対して様々な変更及び変形をなし得ることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴を別の実施形態に使用することで、更なる別の実施形態をもたらすことが可能である。このように、本発明はそのような変更及び変形を添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にあるものとして包含することが意図されている。
【００１９】
本明細書で使用する、「第１」、「第２」、「第３」という用語は、１つのコンポーネントを別のコンポーネントと区別するために互換可能に使用し得るものであって、個別のコンポーネントの位置や重要度を表すことを意図してはいない。さらに、本明細書で使用する、「近似的に」、「実質的に」あるいは「約」などの近似を表す用語は、１０％の誤差範囲内にあることを示す。
【００２０】
本主題は一般に、例えばＤＭＬＭプロセスなどの、特に複数のエネルギー源が使用されるときの、粉末床付加製造プロセスのリアルタイム監視方法に関する。これに関し、部品の各層の印刷中に、システムコントローラが溶融プール監視システムを動作させ、放出強度、溶融プール寸法、分光シグネチャなどの溶融プール特性を監視する制御アルゴリズムを実装できる。
【００２１】
溶融プール監視システムによって記録されたデータストリームが解析され、様々なエネルギー源、パージガス流及び他の印刷プロセス相互作用との間の相互作用を補うために補償が実行されてもよい。通常システムコントローラは、各印刷層に関して、溶融プールデータを含む印刷プロセスを監視することができる。解析には、溶融プールデータを走査し、補償放出信号を生成し、補償放出信号内の外れ値の極値を識別することが含まれる。外れ値の極値が識別されると、コントローラは、更なる解析のためにその層にフラッグを立て、印刷プロセスを停止し、印刷プロセスを調整し、オペレータに通告し、あるいはその他の任意の動作上の調整を行う。
【００２２】
このように、本明細書に記載のシステムと方法は、印刷のエラー又はプロセス不良を検出し、それに応じてオペレータに通知するために使用され得る。あるいは、付加製造装置は、そのようなエラー又は印刷の問題点を修正又は調整する調整動作をするように構成されてもよい。このようにして、他の場合には部品の廃棄、材料の浪費、時間のロス、及びその他の不要なコスト及び遅延を招くプロセス中断を回避可能である。さらに、これらの問題点は、リアルタイムで検出されてただちに対処でき、時間とお金を節約するとともに、生産能力を実効的に増加させることができる。加えて、本方法は専用又はシステムコントローラで実行可能であり、計算上の必要要件を低減し、最小のコンピュータメモリとプロセッサリソースなどしか必要としないようにできる。
【００２３】
図１を参照すると、例示的実施形態による、ＤＭＬＳ又はＤＭＬＭシステム１００などのレーザ粉末床溶融システムが説明される。図に示すように、システム１００は、付加製造プロセスを実行するための、巻き込みなしの制御された環境を提供する、固定筐体１０２を含む。この点に関して、例えば筐体１０２は、システム１００の他の構成要素を分離して保護する役割をする。さらに、筐体１０２は、窒素、アルゴン、又は別の好適なガス又は混合ガスなどの適切なシールドガス流を装備してもよい。これに関して、筐体１０２はガス入口ポート１０４とガス出口ポート１０６とを画定して、ガス流を受け、静的な加圧容積又は動的なガス流を生成してもよい。
【００２４】
筐体１０２は通常、ＡＭシステム１００の構成要素の一部またはすべてを含んでもよい。例示的実施形態によれば、ＡＭシステム１００は通常筐体１０２内部に配置された、テーブル１１０、粉末供給源１１２、スクレーパ又はリコータ機構１１４、オーバフロー容器又は貯蔵器１１６及び造形プラットフォーム１１８を含む。さらに、１つ以上のエネルギー源１２０がエネルギービーム１２２を生成し、関連するビーム操縦装置１２４がこれらのそれぞれのエネルギービーム１２２を指向させて、ＡＭプロセスを促進する。具体的には、図１は単一のエネルギー源１２０を示して、ＡＭシステム及び印刷プロセスを概説する。ただし、代替実施形態によれば、ＡＭシステム１００は任意の適切な数、種類、又は構成のエネルギー源１２０（例えば図３に示すように）を使用してよい。これらのシステム構成要素のそれぞれについては以下でより詳細を述べる。
【００２５】
図示した実施形態によると、テーブル１１０は平坦な造形面１３０を画定する剛体構造である。さらに、平坦な造形面１３０は、造形チャンバ１３４にアクセスできる造形開口１３２を画定する。より具体的には、図示した実施形態によれば、造形チャンバ１３４は、少なくとも部分的に垂直壁１３６と造形プラットフォーム１１８とで画定される。さらに、粉末供給器１１２から付加粉末１４２を供給することができる供給開口１４０と、余剰の付加粉末１４２がオーバフロー貯蔵器１１６に送り込まれる貯蔵器開口１４４を造形面１３０が画定する。回収された付加粉末は所望により、再使用の前にふるいにかけて、緩い凝集粒子を取り除いてもよい。
【００２６】
粉末供給器１１２は通常付加粉末供給容器１５０を含み、これは一般的に、特定の一つ又は複数の部品のいくつか又は全てに対して十分な、ある体積の付加粉末１４２を含む。さらに、粉末供給器１１２は供給プラットフォーム１５２を含む。これは、粉末供給容器１５０内で垂直方向に可動な板状構造である。より具体的には、供給アクチュエータ１５４が供給プラットフォーム１５２を垂直方向に支持し、付加製造プロセス中にそれを選択的に上下移動させる。
【００２７】
ＡＭシステム１００はさらにリコータ機構１１４を含む。これは剛体の横方向に長い構造で、造形面１３０の近傍にある。例えば、リコータ機構１１４は、硬質のスクレーパ、軟質のスキージ、あるいはローラであってよい。リコータ機構１１４は、造形面１３０に沿ってリコータ機構１１４を選択的に移動させるように動作可能な、リコータアクチュエータ１６０に動作可能に結合される。さらに、プラットフォームアクチュエータ１６４が造形プラットフォーム１１８に動作可能に結合され、通常、造形プロセス中に造形プラットフォーム１１８を垂直方向に移動させるように動作可能である。アクチュエータ１５４、１６０、１６４は油圧アクチュエータとして示されているが、代替実施形態によれば空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、ボールねじリニア電動アクチュエータ、あるいはその他の任意の適切な垂直支持手段などの、他の任意の種類及び構成のアクチュエータが使用可能である。他の構成は可能であり、かつ本主題の範囲内である。
【００２８】
エネルギー源１２０には、造形プロセス中に粉末を焼結、溶融、又は他の形で溶融するのに適した出力とその他の動作特性を有する、１つ以上のビームを生成するように動作可能な、任意の既知のデバイスが含まれてよい。例えば、エネルギー源１２０は、レーザ又は他の任意の適切な照射放出指向装置又は照射装置であってよい。さらに、各エネルギー源には、任意の適切な数、種類、又は構成のフィルタ、ビーム指向装置、集束素子などが含まれてもよい。電子ビーム銃などの他の指向性エネルギー源は、レーザの適切な代替物である。
【００２９】
例示的実施形態によると、ビーム操縦装置１２４が、適切なアクチュエータと連動可能で、エネルギービーム１２２を指向及び収束させるように配置された、１つ以上のミラー、プリズム、レンズ、及び／又は電磁石を含む。これに関して、例えばビーム操縦装置１２４は、レーザ溶解及び焼結プロセス時に、エネルギー源１２０から放出されたレーザビーム１２２の焦点を造形面１３０にわたって移動または走査する、ガルバノメータスキャナであってもよい。これに関し、エネルギービーム１２２は、所望のスポットサイズに収束され、造形面１３０に一致する面内の所望位置へ操縦することができる。粉末床溶融技術におけるガルバノメータスキャナは典型的には固定位置にあるが、その中に含まれる可動ミラー／レンズがレーザビームの様々な特性を制御及び調整可能とする。これに代わる操縦装置１２４を使用する、他の種類のエネルギー源１２０も使用可能であることを理解されたい。例えば、エネルギー源１２０が電子ビームを指向させる電子制御ユニットであれば、ビーム操縦装置１２４は、例えば偏向コイルであってよい。
【００３０】
付加製造プロセスの前に、リコータアクチュエータ１６０が下げられて所望組成の粉末１４２（例えば金属、セラミック、及び／又は有機物の粉末）を供給容器１５０に供給する。さらに、プラットフォームアクチュエータ１６４が造形プラットフォーム１１８を、例えば造形面１３０と実質的に同一高さ又は同一面となるように、初期の高い位置に移動させてもよい。造形プラットフォーム１１８は次に選択された層の増分だけ造形面１３０の下に下げられる。層の増分は、付加製造プロセスの速度、及び製造される構成要素または部品１７０の解像度に影響する。一例として、層の増分は約１０〜１００マイクロメートル（０．０００４〜０．００４インチ）である。
【００３１】
次に付加粉末が造形プラットフォーム１１８上に堆積されて、エネルギー源１２０によって溶融される。具体的には、供給アクチュエータ１５４が供給プラットフォーム１５２を持ち上げて、粉末を供給開口１４０を通して押して、造形面１３０の上に露出させる。リコータ機構１１４が次にリコータアクチュエータ１６０によって造形面１３０上を移動し、持ち上げられた付加粉末１４２を造形プラットフォーム１１８上に（例えば、選択された層の増分又は厚さで）広げる。余剰の付加粉末１４２は、リコータ機構１１４が（図１に示すように）左から右へ通過するときにすべて造形開口１４４を通ってオーバフロー貯蔵器１１６の中に落ちる。その後、リコータ機構１１４はスタート位置へ移動して戻ることができる。
【００３２】
したがって、本明細書で説明し、図１に示すように、リコータ機構１１４、リコータアクチュエータ１６０、供給プラットフォーム１５２及び供給アクチュエータ１５４は一般に、付加粉末１４２又は他の付加材料の層を連続的に堆積して、印刷プロセスを促進するように動作する。そうして、これらの構成部品は本明細書では全体として粉末堆積装置、システム又はアセンブリと称されることがある。水平出しされた付加粉末１４２を、「造形層」１７２（図２参照）と称し、その露出された上面を造形面１３０と称してもよい。造形プロセス中に造形プラットフォーム１１８が造形チャンバ１３４内に下げられて、造形チャンバ１３４と造形プラットフォーム１１８が全体として、造形中の任意の構成要素１７０と共に付加粉末１４２の塊を囲んで支持する。この粉末の塊は一般的に「粉末床」と称され、この特定の付加製造プロセスの種類を「粉末床プロセス」と称することがある。
【００３３】
付加製造プロセス中に、指向されたエネルギー源１２０を使用して、造形する構成要素１７０の２次元断面又は層を溶解する。より具体的には、エネルギービーム１２２がエネルギー源１２０から放出され、ビーム操縦装置１２４を使用してエネルギービーム１２２の焦点１７４を露出した粉末表面上に適切なパターンで動かす。本明細書では（図２でよくわかるように）「溶接プール」、「溶融プール」又は「熱影響ゾーン」１７６と呼ばれる、付加粉末１４２の露出層の焦点１７４を囲む小部分が、エネルギービーム１２２によって焼結又は溶解、流動及び固化可能な温度に加熱される。一例として、溶融プール１７６は１００マイクロメートル（０．００４インチ）程度の幅であってよい。このステップは付加粉末の溶融ステップ１４２と称してもよい。
【００３４】
造形プラットフォーム１１８を層の増分だけ垂直方向下側へ移動して、付加粉末１４２の別の層が同じ厚さで塗布される。指向性エネルギー源１２０が再びエネルギービーム１２２を放出し、ビーム操縦装置１２４を使用してエネルギービーム１２２の焦点１７４を露出した粉末表面上に適切なパターンで動かす。付加粉末１４２の露出層がエネルギービーム１２２によって、最上層と、その前に固化した下の層の両方において焼結又は溶解、流動及び固化が可能な温度にまで加熱される。造形プラットフォーム１１８の移動と、付加粉末１４２の塗布及びその後の付加粉末１４２を溶解するためのエネルギービーム１２２の指向とのこのサイクルが、全体の構成要素１７０が完成するまで繰り返される。
【００３５】
上で簡単に説明したように、エネルギー源１２０とビーム操縦装置１２４が、例えばレーザビーム又は電子ビームなどのエネルギービーム１２２を粉末床すなわち造形面１３０上に指向させる。付加粉末１４２は加熱されて溶解し、溶融プール１７６となり始める。そうして粉末が溶融して最終構成部品１７０を形成することができる。注目すべきことには、加熱された材料は、可視光及び非可視光の形で電磁エネルギーを放出する。指向されたエネルギービームの一部は、反射して、ガルバノメータスキャナまたはビーム操縦装置１２４に戻り、また一部は通常筐体１０２内のあらゆる他の方向に散乱される。一般的には、放出及び／又は反射された電磁エネルギーを監視することが、プロセスの監視及び制御の改善に利用可能である。例えば溶融プール監視システム２００を使用した、プロセス不良又は造形エラーを検出する付加製造プロセス監視の例示的システムを、例示的実施形態により以下に説明する。
【００３６】
引き続き図１を参照すると、溶融プール１７６と製造プロセス全般を監視するためにシステム１００と共に使用することができる、溶融プール監視システム２００が、本主題の例示的実施形態により説明される。溶融プール監視システム２００が、一つ又は複数の電磁エネルギーセンサ、例えば、溶融プール１７６から放出又は反射される可視又は非可視の電磁エネルギーを測定するための光センサなどを含む。これに関し、「電磁エネルギー」、「放射」又はそれに類似のものが本明細書においては、一つ又は複数の光若しくは放出強度、光ダイオード電圧応答、パイロメータの電圧若しくは電流応答、光放出の幾何学的次元、分光応答、放射の領域若しくは波長、センサのノイズ応答、又は電磁エネルギーの他の任意の適切な測定可能量若しくは測定可能品質、を指すために使用される。
【００３７】
図１に示す実施形態によれば、溶融プール監視システム２００が、２つの軸上の光センサ２０２と、１つの固定された軸外光センサ２０４とを含む。これらのセンサ２０２、２０４のそれぞれを、例示的実施形態により以下で説明する。ただし、溶融プール監視システム２００には、溶融プール１７６又はプロセス全般の電磁エネルギー及び他の特性を検出するための他の任意の種類、数及び構成のセンサが含まれてもよいことは理解されたい。例えば、図３に示し、以下で説明する実施形態に関して、溶融プール監視システム２００は、第２のエネルギー源１２０により生成される溶融プールの監視のために、同数で同種類の光センサを有してもよい。
【００３８】
本明細書で使用されるように、「ビームライン」又は「軸上」の溶融プールセンサ２０２は、一般的にエネルギービーム１２２の経路に沿って配置されるか、又はそれに光学的に結合されたセンサを指す。これらのセンサは、ビーム経路に沿って戻ってくる、放出光及び／又は反射光を監視することが可能である。具体的には、エネルギービーム１２２が溶融プール１７６を形成するとき、溶融プール１７６から放出あるいは反射される電磁エネルギーの一部が、同じ経路に沿ってエネルギー源１２０に戻る。軸上のセンサ２０２には、ビームラインに沿って配置されるビームスプリッタ２０６が含まれてよい。これには電磁エネルギーの一部をビームライン検知素子２０８に向かって再指向させる被膜が含まれてもよい。これに関し、例えば、検知素子２０８は、光ダイオード、パイロメータ、光学カメラ、赤外線（ＩＲ）カメラ、光電子増倍管、又は分光計若しくは赤外（ＩＲ）光、紫外（ＵＶ）光、可視光などの任意の周波数スペクトルにおける電磁エネルギーを測定するように構成された他の分光センサであってよい。軸上センサ２０２は、フィルタリング又は反射されたビームの、強度、周波数、波長などの任意の適切なパラメータを測定可能である。
【００３９】
さらに、本明細書で使用の、「固定」又は「軸外」の溶融プールセンサ２０４とは、一般的に溶融プール１７６に対して固定位置を有して、特定の視野内のエネルギービーム１２２及び溶融プール１７６により生成される電磁エネルギーの測定に使用されるセンサを指す。さらに、固定溶融プールセンサ２０４は、例えば光ダイオード又は赤外線（ＩＲ）カメラなどの、任意の適切なデバイスを含んでよい。軸外溶融プールセンサ２０４は、軸上溶融プールセンサ２０２と同様に動作し得るが、ビームライン上にはなく、通常溶融プール１７６からの散乱電磁エネルギーを監視するように構成された検知素子２０８を含む。
【００４０】
本主題の例示的実施形態によれば、溶融プール監視システム２００は、電磁エネルギーがそれぞれのセンサ２０２、２０４の検知素子２０８に到達する前にそれをフィルタリングする１つ以上のフィルタ２１０をさらに含んでもよい。例えば、フィルタ２１０は、エネルギービーム１２２の波長を除外して、センサ２０２、２０４が反射電磁エネルギーのみを監視するようにしてもよい。あるいは、フィルタ２１０は、溶融プール１７６又はプロセス全般の監視を改善するために、他の望ましくない波長を除去するように構成されてもよい。
【００４１】
溶融プール監視システム２００は、検出された電磁エネルギーに対応する信号を受信するために軸上光センサ２０２及び／又は軸外光センサ２０４と動作可能に結合するコントローラ２２０をさらに含む。コントローラ２２０は、溶融プール監視システム２００のための専用コントローラであってもよいし、あるいはＡＭシステム１００の運転のためのシステムコントローラであってもよい。コントローラ２２０は、１つ以上のメモリデバイスと、付加製造プロセス又はプロセス監視に関連するプログラム命令又はマイクロ制御コードを実行するように動作可能な、汎用若しくは特定用途のマイクロプロセッサなどの、１つ以上のマイクロプロセッサとを含んでもよい。メモリは、ＤＲＡＭなどのランダムアクセスメモリであっても、ＲＯＭ若しくはＦＬＡＳＨなどの読み出し専用メモリであってもよい。一実施形態においては、プロセッサはメモリ内に格納されたプログラミング命令を実行する。メモリはプロセッサとは別の部品であってもよいし、プロセッサ内に搭載されていてもよい。あるいは、コントローラ２２０はマイクロプロセッサを用いないで、例えば個別のアナログ及び／又はデジタル論理回路（スイッチ、増幅器、積分器、コンパレータ、フリップフロップ、ＡＮＤゲートなど）の組み合わせを用いて構築されて、ソフトウェアに依存せずに制御機能を遂行してもよい。
【００４２】
次に図３を簡単に参照すると、ＡＭシステム１００の代替実施形態が示されており、構成要素１７０の各層を同時印刷するように構成された複数のエネルギー源１２０が含まれている。具体的には図に示すように、ＡＭシステム１００には、第１の溶融プール２５２を生成する第１のエネルギー源２５０が含まれ、これが造形層１７２内に構成要素１７０の第１の領域２５４を形成する。第１のエネルギー源２５０は具体的には第１の命令されたツール経路２５６（例えば図５に点線で示す、実線は印刷済みの領域を示す）に従ってもよい。
【００４３】
さらに、ＡＭシステム１００には、第２の溶融プール２６２を生成する第２のエネルギー源２６０が含まれ、これが造形層１７２内に構成要素１７０の第２の領域２６４を形成する。第２のエネルギー源２６０は具体的には第２の命令されたツール経路２６６（例えば図５に点線で示す、実線は印刷済みの領域を示す）に追随してもよい。注目すべきことには、第１のエネルギー源２５０と第２のエネルギー源２６０のそれぞれは、上記のエネルギー源１２０と同一又は類似であってもよい。さらに、溶融プール監視システム２００は、第１の溶融プール２５２と第２の溶融プール２６２からの電磁放出を監視するのための１つ以上の軸上光センサ２０２及び／又は軸外光センサ２０４を含んでもよい。このように、同一又は類似の参照番号が、図１から図３の同一又は類似の項目を参照するために使用されてよい。
【００４４】
図３に示すように、第１のエネルギー源２５０と第２のエネルギー源２６０は互いに近接して動作して、第１の溶融プール２５２から放出される電磁放出が第２の溶融プール２６２から放出される電磁放出と相互作用する可能性があり、またその逆の可能性もある。さらには、ＡＭシステム１００にはパージガス流システム（図示せず）が含まれていてもよい。これは通常印刷プロセス中にパージガス２７０を造形層１７２を横断して強制的に流すようになっている。これに関して、付加粉末が融解又は焼結されるとき、ガス、塵、微粒子又は他の副産物が舞い上がることがあり得る。特に、印刷を改善するためにはこれらの副産物を、融解又は焼結の領域から除去又は排除することが望ましい。パージガス流システムは、パージガス２７０を粉末床の上、又は粉末床に平行に強制的に流して、そのような副産物を除去するためのガス流システムであってよい。
【００４５】
ＡＭシステム１００及び溶融プール監視システム２００は、本主題の態様を説明するためだけに本明細書で図示、説明されていることを理解されたい。ただし、本主題の範囲はそのような例示的実施形態に限定されるものではなく、変形、変更を含む実施形態を含むものと考えられる。例えば、溶融プール監視システム２００は異なる構成及びセンサの種類を含んでもよいし、ＡＭシステム１００は代替又は追加の特徴を含んでもよい。そして代替実施形態に従って、他の変形が適用され得る。さらに、所定の流速で付加粉末を堆積させながら造形面１３０に沿って移動する粉末容器などのような、粉末供給器１１２の他の適切な形状及び／又は種類が使用されてもよい。さらに、例えば生成されるエネルギービーム１２２の種類に基づいて、任意の適切な構成のビーム操縦装置１２４が使用されてもよい。他の構成は可能であり、かつ本主題の範囲内である。
【００４６】
ＡＭシステム１００及び溶融プール監視システム２００の構造および構成が本主題の例示的実施形態に従って説明されたので、次に付加製造プロセスを監視する例示的方法３００を本主題の例示的実施形態に従って説明する。方法３００は、溶融プール監視システム２００を用いてＡＭシステム１００の運転の監視に使用することができる。または、他の任意の適切なセンサシステムを用いて、他の任意の適切な付加製造装置の監視に使用してもよい。これに関して、例えば、コントローラ２２０が方法３００のステップの一部またはすべてを実装するように構成されてもよい。さらに、例示的方法３００は、本主題の例示的態様を記述するためにのみ本明細書で議論されるものであり、制限を意図するものではないことを理解されたい。
【００４７】
図４を参照すると、方法３００はステップ３１０において、付加製造装置の粉末床上に粉末層を堆積することを含む。例えば、上からの実施例を引き継いで、ＡＭシステム１００は、粉末供給１１２、リコータ機構１１４及び他のサブシステムを使用して、造形プラットフォーム１１８上に造形層１７２を堆積してもよい。ステップ３２０と３３０は通常、複数のエネルギー源を用いて、付加材料層を選択的に溶融することを含む。具体的には、ステップ３２０は第１のエネルギー源からのエネルギーを付加材料層の第１の焦点上へ（例えば第１の溶融プール２５２を生成するために）選択的に指向させることを含む。さらに、ステップ３３０は第２のエネルギー源からのエネルギーを付加材料層の第２の焦点上へ（例えば第２の溶融プール２６２を生成するために）選択的に指向させることを含む。
【００４８】
このようにして、ステップ３２０と３３０は、付加粉末１４２又は他の材料を選択的に融解、焼結、又はそのほかに溶融して、構成要素１７０の一部を形成することを含む。上で説明したように、付加粉末を照射するこのプロセスは、この付加製造プロセスの監視に利用され得る、電磁放射及び他の焼結／溶融副産物を放出する場合がある。特に、複数の溶融プール２５２、２６２から生じる、電磁放出と溶融プール副産物との間の相互作用が、溶融プール監視システム２００によって取得される測定値に影響することがある。こうして、ステップ３４０と３５０は一般に、複数の溶融プール及びその周りの複数の放出を測定し、そのデータを使用して測定された放出信号内のそのような相互作用を補償するようにされる。
【００４９】
具体的には、ステップ３４０が、溶融プール監視システムを用いて、粉末床の第１の焦点又は第１の溶融プール２５２からの原放出信号を測定することを含む。こうして、ステップ３４０は、粉末層を照射しているときの粉末床からの放出信号の測定を含む。特に、溶融プール監視システム２００は、第２のエネルギー源２６０又は第２の溶融プール２６２からのエネルギー又は放出もまた監視することができる。こうして、印刷プロセス中に、溶融プール監視システム２００が溶融プール放出を示すデータを任意の適切な形で一般的に取得可能であり、これをさらに評価、解析して、印刷プロセスを監視し、かつ望ましいプロセス調整に係わる判定を行うことが可能である。
【００５０】
ステップ３５０は、原放出信号と第２のエネルギー源の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて、原放出信号を修正することによって、補償された放出信号を取得することを含む。これに関して、例示的実施形態によれば方法３００は、粉末床の第２の焦点又は第２の溶融プール２６２からの第２の放出信号を測定するステップを含んでもよい。さらに、補償された放出信号を取得することが、第２の放出信号と、以下でより詳細を説明する、エネルギー源の位置ベクトル２８０及び／又は相対的軌道とに少なくとも部分的に基づいて、（例えばステップ３４０で判定された）原放出信号を修正することを含んでもよい。
【００５１】
例えば、補償された放出信号を取得することは、（例えば第１の溶融プール２５２における）第１の焦点と（例えば第２の溶融プール２６２における）第２の焦点との間の位置ベクトル２８０を決定することを含んでもよい。例えば、図５を参照すると、位置ベクトル２８０は、第１の溶融プール２５２と第２の溶融プール２６２の間の空間関係を提供するものとして表示されている。具体的には、位置ベクトル２８０は、第１の溶融プール２５２と第２の溶融プール２６２の間の相対的方向と距離とを表し得る。特に、この位置ベクトル２８０を使用して、１つの溶融プールからの放出又は副産物が別の溶融プールに影響する可能性を判定することができる。
【００５２】
さらに他の実施形態によると、補償された放出信号を取得することが、第１のエネルギー源２５０と第２のエネルギー源２６０の間の相対的軌道を決定することを含んでもよい。これに関して、例えば図５に示すように、相対的軌道は一般に、第１のエネルギー源２５０の第１の軌道２８２と第２のエネルギー源２６０の第２の軌道２８４との間の差を表してもよい。例えば、そのような軌道は一般的に、溶融プールの焦点の絶対位置、その焦点の命令されたツール経路、及び命令されたツール経路に沿うその焦点の推定速度を含んでもよい。例示的実施形態によれば、これらの軌道は、以前のタイムスタンプと焦点の位置と、現在のタイムスタンプと位置とに基づいて簡単に算出可能であり、これを使って、その先の焦点の近似的な速度及び方向を決定可能である。さらに他の実施形態によれば、相対的軌道は、命令されたツール経路（例えばツール経路２５６、２６６）を定義する走査モデル（例えば、ＣＡＤモデル又はその派生形）から、少なくとも部分的に決定可能である。
【００５３】
さらに他の実施形態によれば、補償された放出信号を得ることが、原放出信号の修正に使用される放出補正因子の決定を含んでもよい。例えば、任意の適切な数のシステムパラメータ又は動作条件を使用して、放出補正因子を計算することが可能であり、それが原放出信号の増減のゲインとして作用し得る。
【００５４】
放出補正因子は、エネルギー源の（例えば位置ベクトル２８０によって決定される）相対位置、第１のエネルギー源２５０と第２のエネルギー源２６０の相対的軌道、及び粉末床上のパージガス２７０の流れの方向と大きさを表す流れベクトル２８６などの、任意の適切な数のパラメータに依存し得る。特に、これら及びそのほかのシステムパラメータを使用して、第１の溶融プール２５２で測定される電磁放出が、第２のエネルギー源２６０の動作によって影響される大きさを予測可能である。こうして、放出補正因子は、第２の溶融プール２６２から放出されたエネルギー又は副産物が、第１の溶融プール２５２から放出されたエネルギー又は副産物として測定される確率を一般的に表すことができる。
【００５５】
上記の例は、第１のエネルギー源２５０と第２のエネルギー源２６０、及び／又はそれらの各溶融プール２５２、２６２の間の相互作用を記述するが、代替実施形態によれば、ＡＭシステム１００には、任意の他の数のエネルギー源があってよく、また本明細書で説明した方法はこれらの全てのエネルギー源の間の相互作用を補償するのに使用されて、より正確な溶融プール監視を行えるようにできることを理解されたい。これに関して、本明細書に記載の実施例は、本主題の態様の議論を助け又はそれを説明することのみを意図するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００５６】
通常のプロセスでは、測定された電磁放出信号のランダムな変動は普通であり、それが予想される。ただし、測定された放出が管理上限を超えるか又は管理下限より下がると、これらの測定された放出は、一般に望ましくない、標準外すなわち「外れ値放出」とみなされ得る。こうして、方法３００はさらにステップ３６０で、補償された放出信号が所定の信号閾値を超える（あるいはその他で所定の限界外となる）、外れ放出を識別することを含む。例えば、所定の信号閾値を管理上限及び管理下限（ＵＣＬ及びＬＣＬ）としてもよく、これは通常、正規分布の約３標準偏差であってよい。あるいは、所定の信号閾値は、他の任意の適切な形で決定される、他の任意の適切な限界であってもよい。
【００５７】
例示的実施形態によれば、補償された放出信号を取得するプロセスには、いくつかの変数の関数としての溶融プール応答モデルを生成することが含まれてよい。これらの変数には例えば、レーザ出力または駆動信号、造形プレート上のＸ及びＹ位置、レーザ走査速度、レーザ走査方向、溶融プール及び／又はプラズマ（ＰＤ又はパイロメータ）からの軸上光学信号、溶融プール寸法、溶融プール及び／又はプラズマからの軸外光学信号、造形面に対するレーザ入射角、造形中の部分に対するレーザ入射角、ガスの流速、及び／又は所与の層／位置の下に造形中の部分の伝導特性、などが含まれ得る。このモデル予測は次に測定された信号と比較することができ、所定の信号閾値がこれらの２つの値の差に適用される。例示的実施形態によれば、溶融プール信号を予測するモデルにおける重要な項目には、複数の溶融プールの相対位置と軌道が含まれる。
【００５８】
方法３００はさらに、ステップ３７０において、外れ値放出の識別に応答してアラートを生成することを含む。こうして、ステップ３６０において外れ放出が識別されたときに、外れ値が識別されるか又は何らかの閾値を超えると、コントローラ２２０は、アラートを生成し、プロセスを変更し、あるいはその他の何らかの管理動作を遂行するように構成されてよい。例えば、アラートは付加製造装置のオペレータに提供される音響又は視覚の表示であってよい。例えば、アラート又は指示は、オペレータがレビューするためにモニタに（例えば時間ベースのプロット、管理図、補償された放出信号の３Ｄ指示又は表示などとして）表示されてもよい。これに代わって、アラートはｅメール、テキストメッセージ、あるいは他の電子メッセージであってもよい。
【００５９】
あるいは、アラートはこれに代わって、印刷プロセスの造形パラメータを停止または調整する、装置の制御機への電子信号であってもよい。これに関して、コントローラ２２０は、外れ値放出が識別されるか又は特定の閾値を超える場合に、付加製造装置へのプロセス調整を自動的に行うようにプログラムされてもよい。例えば、コントローラ２２０は、エネルギー源１２０の入射角、エネルギービーム１２２の強度、走査速度、ツール経路の調整、又は構成要素１７０そのものの断面層の印刷に影響する他の任意のプロセス調整を行うように構成されてもよい。
【００６０】
図４は、説明および議論の目的で、特定の順序で遂行されるステップを有する例示的制御方法を表す。本明細書で提供される開示を使用する当業者は、本明細書で議論されたあらゆる方法のステップが、本開示の範囲から逸脱することなしに、様々な方法で適合、再配置、拡張、省略又は変更可能であることを理解するであろう。さらに、本方法の態様をＡＭシステム１００と溶融プール監視システム２００を例にして説明したが、これらの方法は、任意の適切な付加製造装置の運転の監視に適用可能であることを理解されたい。
【００６１】
本発明の更なる態様は以下の条項の主題によって提供される。
【００６２】
１．複数のエネルギー源を利用する、粉末床付加製造プロセスを監視する方法であって、付加製造装置の粉末床に付加材料層を堆積することと、付加材料層の第１の焦点に向けて第１のエネルギー源からエネルギーを選択的に指向させることと、同時に、付加材料層の第２の焦点に向けて第２のエネルギー源からエネルギーを選択的に指向させることと、溶融プール監視システムを用いて、粉末床の第１の焦点からの原放出信号を測定することと、補償放出信号を取得するために、原放出信号と第2のエネルギー源の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて原放出信号を修正することと、補償放出信号が所定の信号閾値を超える、補償放出信号からの外れ値放出を識別することと、外れ値放出の識別に応答してアラートを生成することと、を含む方法。
【００６３】
２．補償放出信号を取得するために原放出信号を修正することが、第１の焦点と第２の焦点の間の相対的方向と距離を表す位置ベクトルである、第１の焦点と第２の焦点の間の位置ベクトルを判定することと、粉末床の第２の焦点からの、第２の放出信号を測定することと、第２の放出信号と位置ベクトルに少なくとも部分的に基づいて原放出信号を修正することと、を含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００６４】
３．補償放出信号を取得するために原放出信号を修正することが、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の間の相対的軌道を判定することと、粉末床の第２の焦点からの第２の放出信号を測定することと、第２の放出信号と、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の相対的軌道とに少なくとも部分的に基づいて、原放出信号を修正することとを含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００６５】
４．相対的軌道は、第１のエネルギー源の第１の軌道と、第２のエネルギー源の第２の軌道との差であり、第１の軌道と第２の軌道のそれぞれは、焦点の絶対位置と、焦点の命令されたツール経路と、命令されたツール経路に沿う焦点の推定速度とを含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００６６】
５．第１の軌道は、以前のタイムスタンプ、第１の焦点の以前の位置、現在のタイムスタンプ、及び第１の焦点の現在の位置に少なくとも部分的に基づいて算出される、前条のいずれかに記載の方法。
【００６７】
６．相対的軌道は、付加製造プロセスを促進するために使用される、命令されたツール経路を画定する走査モデルに少なくとも部分的に基づいて決定される、前条のいずれかに記載の方法。
【００６８】
７．補償放出信号を取得するために原放出信号を修正することが、原放出信号の修正に使用される放出補正因子を決定することを含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００６９】
８．放出補正因子は、第１の焦点と第２の焦点の間の相対位置と、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の相対的軌道と、粉末床上を通過するパージガスの流れベクトルとのうちの少なくとも１つの関数である、前条のいずれかに記載の方法。
【００７０】
９．放出補正因子は、第２のエネルギー源により生成される第２の溶融プールから放出されるエネルギー又は副産物が、第１のエネルギー源により生成される第１の溶融プールから放出される光又は副産物として測定される確率である、前条のいずれかに記載の方法。
【００７１】
１０．第３のエネルギー源からのエネルギーを付加材料層の第３の焦点に向けて選択的に指向させることをさらに備え、補償放出信号を取得することが、原放出信号と、第３のエネルギー源の動作との相互作用に少なくとも部分的に基づいて原放出信号を修正することを含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００７２】
１１．原放出信号は、少なくとも１つの軸上溶融プールセンサによって取得される、前条のいずれかに記載の方法。
【００７３】
１２．補償放出信号を取得するために原放出信号を修正することが、軸外溶融プールセンサを用いて粉末床放出信号を測定することと、粉末床放出信号に少なくとも部分的に基づいて原放出信号を修正することとをさらに含む、前条のいずれかに記載の方法。
【００７４】
１３．付加製造装置であって、付加製造装置の粉末床上に付加材料層を堆積させるための粉末堆積システムと、付加材料層の第１の焦点に向けて第１のエネルギービームを選択的に指向させるための第１のエネルギー源と、付加材料層の第２の焦点に向けて第２のエネルギービームを同時に選択的に指向させるための第２のエネルギー源と、粉末床から放出される電磁エネルギーを測定するための溶融プール監視システムと、溶融プール監視システムに動作可能に結合されたコントローラであって、第１のエネルギービームによって第１の焦点に形成される第１の溶融プールから放出される第１の放出信号を測定し、第２のエネルギービームによって第２の焦点に形成される第２の溶融プールから放出される第２の放出信号を測定し、補償放出信号を取得するために、第２の放出信号に少なくとも部分的に基づいて第１の放出信号を修正し、補償放出信号が所定の信号閾値を超える外れ値放出を識別し、外れ値放出の識別に応答してアラートを生成する、ように構成されたコントローラと、を備える付加製造装置。
【００７５】
１４．第１の放出信号を修正することが、第１の焦点と第２の焦点の間の相対的方向と距離を表す位置ベクトルである、第１の焦点と第２の焦点の間の位置ベクトルを判定することと、第２の放出信号と位置ベクトルに少なくとも部分的に基づいて第１の放出信号を修正することと、を含む、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００７６】
１５．第１の放出信号を修正することが、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の間の相対的軌道を判定することと、第２の放出信号と、第１のエネルギー源と第２のエネルギー源の相対的軌道とに少なくとも部分的に基づいて、第１の放出信号を修正することと、を含む、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００７７】
１６．相対的軌道は、付加製造プロセスを促進するために使用される、命令されたツール経路を画定する走査モデルに少なくとも部分的に基づいて決定される、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００７８】
１７．第１の放出信号を修正することが、粉末床上を通過するパージガスの流れベクトルに少なくとも部分的に基づいて修正することを含む、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００７９】
１８．付加材料層の第３の焦点に向けて第３のエネルギービームを選択的に指向させるための第３のエネルギー源をさらに備え、補償放出信号を取得することが、第１の放出信号と、第３のエネルギー源の動作との間の相互作用に少なくとも部分的に基づいて、第１の放出信号を修正することを含む、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００８０】
１９．第１の放出信号と第２の放出信号は、少なくとも１つの軸上溶融プールセンサによって取得される、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００８１】
２０．第１の放出信号を修正することが、軸外溶融プールセンサを用いて粉末床放出信号を測定することと、粉末床放出信号に少なくとも部分的に基づいて第１の放出信号を修正することとをさらに含む、前条のいずれかに記載の付加製造装置。
【００８２】
この書面の記述は、最良の形態を含む本発明を開示するための、また当業者に、任意のデバイスまたはシステムの作製と使用並びに組み込まれた任意の方法の遂行を含む本発明の実行を可能とさせるための、例示的実施形態を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の実施例も含み得る。そのような他の実施例は、もしそれらが請求項の文字通りの言葉に違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉からあまり差異のない等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【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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【外国語明細書】
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