(57)【要約】      （修正有）【課題】等方性の構造特性を有する三次元物体を付加製造する方法の提供。【解決手段】エネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層（３）の固化によって三次元物体（２）を付加製造する方法であって、−選択的に照射し、それによって固化させる第１の造形材料層（３）の照射領域を照射し、それによって固化させる工程であって、これによって第１の造形材料層（３）の直上に配置される第２の造形材料層（３）の、選択的に照射され、それによって固化させる照射領域の下に部分的に配置される照射領域の小領域が、照射されて固化されることから除外される工程、−及び第１の造形材料層（３）の照射領域の小領域が固化されるように、第１の造形材料層（３）の照射領域の小領域の上の領域にある第２の造形材料層（３）の照射領域を照射する工程を含む、方法。【選択図】図１
2020023160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造する方法であって、
選択的に照射することにより固化される第１の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射して固化させることであって、前記第１の造形材料層（３）の直上に配置される第２の造形材料層（３）の、選択的に照射されて固化される少なくとも１つの照射領域（Ａ）の下に少なくとも部分的に配置される前記照射領域（Ａ）の少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が、照射されて固化されることから除外されること、及び
前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が固化されるように、前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）の上の領域にある前記第２の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射すること、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の造形材料層（３）のそれぞれの小領域（ＳＡ）、特に前記又は少なくとも１つの選択された小領域（ＳＡ）、の上に配置される前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記又は少なくとも１つの領域が、前記第２の造形材料層（３）の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセット、特に、前記基準照射パラメータセットと比較して、前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）のこの領域へのより高いエネルギー入力をもたらす異なる照射パラメータセット、を用いて照射される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）を照射することによって、選択的に照射されることによって固化される、前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の一部、並びに前記第１の造形材料層（３）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）を少なくとも含む垂直方向に延在する固化領域が造形される、
請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）を照射することによって垂直延在構造要素（１３）が生成され、
前記垂直延在構造要素（１３）が、選択的に照射されることによって固化される、前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の一部、及び前記第１の造形材料層（３）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）を少なくとも含む、    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
垂直延在構造要素（１３）が、付加製造される前記三次元物体（２）を通る二次元又は三次元形状及び／又は二次元又は三次元拡張部を用いて生成される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
垂直延在構造要素（１３）を生成するために、前記それぞれの造形材料層（３）の前記それぞれの照射領域（Ａ）の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセット、特に、前記基準照射パラメータセットと比較して前記造形材料層（３）へのより高いエネルギー入力をもたらす異なる照射パラメータセット、が使用される、
請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
付加製造される前記三次元物体（２）全体にわたって均一又は不均一に分布する複数の垂直延在構造要素（１３）が生成される、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
垂直方向及び／又は水平方向にずれている、特に垂直方向及び／又は水平方向に積み重ねられた、垂直延在構造要素（１３）が生成される、
請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
階段状配置（１４）を生成するように隣接して配置された垂直延在構造要素（１３）が造形される、
請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記三次元物体（２）全体にわたって均一又は不均一に分布する複数の階段状配置（１４）が生成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
それぞれの垂直延在構造要素（１３）であって、それぞれの前記造形材料層（３）の層厚の合計の垂直方向延在部を有し、かつ前記造形材料層（３）を通って垂直方向に延びる垂直延在構造要素（１３）が生成される、
請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
それぞれの垂直延在構造要素（１３）及び／又は階段状配置（１４）が、付加製造される前記三次元物体（２）の構造特性、特に機械的特性、を協調的に調整するように配置される、
請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）の制御ユニット（６）であって、
前記制御ユニット（６）が、特に、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の方法によって、
選択的に照射されることによって固化される第１の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射して固化させることを制御し、これによって前記第１の造形材料層（３）の直上に配置される第２の造形材料層（３）の、選択的に照射されることによって固化される少なくとも１つの照射領域（Ａ）の下に少なくとも部分的に配置される前記照射領域（Ａ）の少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が、照射されて固化されることから除外され、
前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が固化されるように、前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）の上の領域にある前記第２の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）への照射を制御する、
ように構成される、制御ユニット。
【請求項１４】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）であって、
請求項１３に記載の（６）制御ユニットを備える、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば選択的電子ビーム溶融法又は選択的レーザー溶融法として実装することができる少なくとも１つの三次元物体を付加製造するためのそれぞれの方法は、付加製造の技術分野から一般に知られている。
【０００３】
それによって、既知の付加製造法、例えば、選択的レーザー溶融法による付加製造物は、異方性構造特性、すなわち特に異方性機械特性を有することができ、これは典型的にはそれぞれの付加製造法の性質、すなわち連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって説明される。
【０００４】
付加製造された三次元物体のそれぞれの異方性構造的及び機械的特性は、異なる空間方向において変化する機械的特性をもたらし得る。一例として、付加製造された構成要素は、異なる空間方向において異なる引張強度、圧縮強度及び／又は剪断強度を有し得る。
【０００５】
等方性構造特性、すなわち特に等方性の機械的特性を有する三次元物体を付加製造することが一般に望ましいので、製造可能な三次元物体が改良された、すなわち特に等方性の構造特性を有するように、付加製造プロセスをさらに開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改善された、すなわち特に等方性の構造特性を有する三次元物体を付加製造することを可能にする少なくとも一つの三次元物体を付加製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法によって達成される。請求項１に従属する請求項は、請求項１による方法の可能な実施形態に関する。
【０００８】
本明細書に記載の方法は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体、例えば、工業部品を付加製造する方法に関する。造形材料は、セラミック、ポリマー、又は金属であり得る。造形材料は典型的には粉末として提供される。エネルギービームは、例えば、電子ビーム又はレーザービームであり得る。選択的に照射されかつ固化される造形材料層は、本方法を実施するために使用される、少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置の造形面において連続的に塗布される。したがって、この方法は、少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置によって実行可能であるか又は実行される。
【０００９】
この方法は、例えば選択的レーザー焼結法、選択的レーザー溶融法、又は選択的電子ビーム溶融法として実装することができる。しかし、この方法は、バインダー噴射法、特に例えば金属バインダー噴射法であることも考えられる。したがって、本方法を実行するための装置は、例えば、選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置として具体化することができる。しかし、装置をバインダー噴射装置、特に例えば金属バインダー噴射装置として具体化されることも考えられる。
【００１０】
この方法は一般に
−少なくとも１つのエネルギービームによって選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層の照射領域（以下、「照射領域」）を照射し、それによって固化させる工程であって、これによって第１の造形材料層の直上に配置された第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は、照射されて固化されることから除外される工程、及び
−第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第２の造形材料層の照射領域を、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように照射する工程を含む。
【００１１】
本方法の第１の工程によれば少なくとも１つのエネルギービームによって選択的に照射され、それによって固化される、第１の造形材料層の照射領域（以下「照射領域」）が照射及び固化される。それによって、第１の造形材料層の直上に配置された第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される。
【００１２】
本方法の例示的実施形態によれば、垂直に直接隣接して配置され、かつ第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域を含む少なくとも２つの造形材料層、すなわちそれぞれ第２の造形材料層の直下に垂直方向に配置された第１の造形材料層、及び第１の造形材料層の直上に垂直方向に配置された第２の造形材料層について、第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が少なくとも部分的に第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に配置される少なくとも１つの小領域を含むかどうかが決定される。したがって、本方法は、第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを決定する決定工程を含み得る。
【００１３】
この任意選択の決定工程は、三次元物体を付加製造するために選択的に照射され、それによって固化される必要があるそれぞれの造形材料層のそれぞれの照射領域を含むデータに基づいてもよい。例えば、それぞれのデータは、付加製造される三次元物体の造形データ及び／又はスライスデータであり得るか、又はそれらを含み得る。決定手段を具体化するハードウェア及び／又はソフトウェアは、選択的に照射され固化される第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、選択的に照射され、それによって固化される第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを決定するように構成され、第２の造形材料層を第１の造形材料層の直上に配置して、本方法の決定工程を実行するのに使用することができる。
【００１４】
任意選択の決定工程は、第１の造形材料層の照射領域を選択的に照射し、それによって固化させる前に行われてもよい。
【００１５】
本方法の第２又はさらなる工程によれば、第１の造形材料層の照射領域の照射が行われ、それによってその小領域が第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置される第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域は、照射されて固化されることから除外される。したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域は、その小領域は全く照射されないように照射から完全に除外されるか、又は、第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射から完全には除外されず、小領域は照射されるが（少なくとも照射され、それによって固化される第１の造形材料層の照射領域の残りの部分に関しては）まだ固化はされないかのどちらかであり、例えば、それは小領域を照射することは予備焼戻し、すなわち特に（完全）溶融を生じない予備焼戻しをもたらすだけだからである。言い換えれば、第１の造形材料層の照射領域の照射は、第１の造形材料層の照射領域全体が固化されないように、しかし第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された小領域が固化されないように実行される。したがって、この工程では、小領域へのエネルギー入力量は、小領域の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高くはない。したがって、第１の造形材料層の照射領域を照射した後、第１の造形材料層の照射領域は固化部分を含み、固化部分は、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置されている小領域を除外する照射領域の部分を含み、非固化部分は、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された小領域を含む。少なくとも１つのエネルギービーム、特に電子ビーム又はレーザービームを用いて造形材料層のそれぞれの照射領域を選択的に照射するように構成されている照射装置を使用して、方法の第２の工程を実行する。
【００１６】
本方法の第２の工程は、特に、第１の造形材料層の照射領域が、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された少なくとも１つの小領域を含むと決定される場合に実施することができ、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の直上に配置されていると決定される場合も同様である。
【００１７】
本方法の第３又はさらなる工程によれば、第２の造形材料層の照射領域は、少なくとも第１の造形材料層の照射領域の小領域の上に配置された部分において照射され、それによって第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射され、それによって固化される。言い換えると、第２の造形材料層の照射領域は、少なくとも第１の造形材料層の照射領域の小領域の上の部分において照射され、それによって第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射され、それによって固化される。したがって、この工程では、第１の造形材料層の照射領域の小領域に入力されるエネルギー量は、小領域の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高い。したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域は、第１の造形材料層を選択的に照射するときではなく、第２の造形材料層を選択的に照射するときに照射されて固化される。もちろん、第２の造形材料層の照射領域の照射はまた、第１の造形材料層の照射領域の小領域の上に配置されていない第２の造形材料層の照射領域の部分を照射及び固化させることを含み得る。したがって、第２の造形材料層を選択的に照射した後、第２の造形材料層の照射領域を完全に固化させることができる。
【００１８】
本方法の例示的実施形態によれば、これは、照射領域が複数のそれぞれの小領域を含む場合に特に当てはまり、それぞれの第２の造形材料層の照射領域の下に配置された少なくとも１つの特定の小領域、すなわち上部造形材料層は、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層のそれぞれの照射領域のそれぞれの小領域から選択され、小領域は、それぞれの第２の造形材料層、すなわち上部造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置され、特に、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層の照射領域が少なくとも１つの小領域、特に複数の小領域を含むと決定される場合、これらは第２の造形材料層、すなわち上部造形材料層の照射領域を少なくとも部分的に覆って配置される。この場合、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層の照射領域が照射され、それによって固化され、それによって少なくとも１つの選択された小領域は照射されて固化されることから除外される。適切な、特に事前定義済み又は事前定義可能、特にユーザ定義可能な選択規則、例えば選択アルゴリズムに実装された規則が、それぞれの特定の小領域を選択するために使用されてもよい。選択規則は、本明細書に記載された方法によって付加製造される三次元の事前定義済み又は事前定義可能な、特にユーザ定義可能な構造的特性、特に機械的特性を指すことができる。
【００１９】
第１の造形材料層のそれぞれの小領域の上、特に第１の造形材料層の１つ又は少なくとも１つの選択された小領域の上に配置された第２の造形材料層の照射領域の一部は、第２の造形材料層の照射領域の特別な領域と見なされるか示され得る。
【００２０】
第１の造形材料層の小領域の上、特に第１の造形材料層の少なくとも１つの選択された小領域の上に配置された第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの特別な領域は、第２の造形材料層の照射領域の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセットで照射されてもよい。異なる照射パラメータセットは、第２の造形材料層の照射領域のそれぞれの特別な領域へのより高いエネルギー入力をもたらし得る。第２の造形材料層の照射領域の特別な領域へのより高いエネルギー入力は、第２の造形材料層の照射領域の特定の領域が、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域と固化することをもたらす。これにより、典型的には、第２の造形材料層の照射領域の特別な領域の一部、及び第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域を少なくとも含む垂直延在固化領域を生成することができ、及び／又は第２の造形材料層の照射領域の特別な領域及び第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域を少なくとも備える垂直延在構造要素を生成することができる。
【００２１】
第２の造形材料層、特に第２の造形材料層の照射領域の特別な領域を照射するために使用される照射パラメータセットを調整又は変更することは、第２の造形材料層の照射領域を照射する間に（その場で）行われるか、又は、最初に第２の造形材料層の照射領域の特別な領域を除外して、第２の造形材料層の照射領域の残りの部分だけが設定された基準照射パラメータに基づいて照射され、次いで第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域の上の第２の造形材料層の照射領域の特別な領域が、異なる照射パラメータセットに基づいて別々に照射される。
【００２２】
したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域の少なくとも上方の部分において、第１の造形材料層の照射領域の小領域が照射され、それによって固化されるように第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直延在構造要素が造形又は生成され、それによって、付加製造される三次元物体の構造特性、特に機械的特性が協調的に調整される。特に、それぞれの構造要素は、付加製造される三次元物体の異方性構造特性を低下させるが、付加製造される三次元物体の等方性特性を増加させる。三次元物体全体に均一又は不均一に分布する複数のそれぞれの構造要素を造形又は生成することができる。同様に、少なくとも１つのエネルギービーム、特に電子ビーム又はレーザービームを用いて造形材料層のそれぞれの照射領域を選択的に照射するように構成されている照射装置を使用して、方法の第３の工程を実行する。
【００２３】
当然のことながら、上述の原理はまた、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層に拡張されてもよい。この方法は、
−第２の造形材料層の照射領域を照射し、それによって固化させる工程であって、これによって第２の造形材料層の直上に配置された第３又はさらなる造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される工程、及び
−第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第３又はさらなる造形材料層の照射領域を、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように照射する工程、を含む。上記の注釈はすべて同様に適用される。
【００２４】
したがって、選択的に照射され、それによって固化される第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第２の造形材料層の直上に配置された、第３又はさらなる造形材料層のうち、選択的に照射され、それによって固化される部分の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを所望により決定してもよい。第２の造形材料層が、第３又はさらなる造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置される少なくとも１つの照射領域を含むと決定される場合、第２の造形材料層の照射領域が照射され、それにより少なくとも１つの小領域は照射されることから除外される。次に、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の部分において、第３又はさらなる造形材料層の照射領域が照射され、それにより第２の造形材料層の少なくとも１つの小領域が固化される。上記の注釈はすべて同様に適用される。
【００２５】
上述のように、第１の造形材料層の照射領域の小領域の少なくとも上方の部分において、第１の造形材料層の照射領域の小領域が照射され、それによって固化されるようにそれぞれの第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、３つ以上の造形材料層、すなわち特に２つ以上の造形材料層を横切って垂直方向に延びる、垂直延在構造要素が造形又は生成され、それによって、付加製造される三次元物体の構造特性、特に機械的特性が協調的に調整される。したがって、第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直に延びる垂直延在固化領域、すなわち特に少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直に延在する垂直延在溶融プールが生成され、これは、それぞれの第２の造形材料層の照射領域の一部、及びそれぞれの第１の造形材料層の少なくとも１つの小領域を少なくとも含む。言い換えれば、それぞれの第１の造形材料層のそれぞれの小領域の上にその部分が配置されたそれぞれの第２の造形材料層の照射領域のそれぞれの部分を照射すると、固化領域、すなわち特に溶融プールが形成され又は生成され、これは、第１及び第２の造形材料層の両方を取り囲むように垂直方向に延びる。したがって、それぞれの固化領域は、典型的には、１つより多い造形材料層の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層の厚さにわたって延びる。
【００２６】
固化された、すなわち典型的には造形材料特有の固化温度、すなわち典型的には造形材料の溶融温度以下に冷却された後、それぞれの固化領域は少なくとも１つの垂直延在構造要素を造形することができる。結果として、それぞれの垂直延在構造要素は、典型的には、１つより多い造形材料層の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層の厚さにわたって延びる。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素は、１つより多い造形材料層、特に少なくとも１と半分の造形材料層、好ましくは少なくとも２つ以上の造形材料層の層厚の合計の垂直方向延在部を含むことができる。
【００２７】
それぞれの垂直方向に延在する構造要素は、付加製造される三次元物体を通る二次元又は三次元形状及び／又は二次元又は三次元拡張部を用いて造形又は生成されてもよい。直線状又は曲線状の形状及び／又は直線状又は曲線状の延長部が可能である。一般に、幾何学的に定義された又は定義されていない形状及び／又は拡張部が考えられる。
【００２８】
それぞれの垂直延在構造要素は、特に棒状、竿状、柱状、板状、又は隆起状の形状を有することができる。したがって、第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、それぞれの第２の造形材料層及び第１の造形材料層の小領域の照射領域の選択的に照射され、それによって固化される部分を少なくとも含む、特に棒状、竿状、柱状、板状又は隆起状の垂直延在構造要素が造形又は生成されてもよい。
【００２９】
上記から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素は、典型的には少なくとも付加製造される三次元物体の造形方向に延びる。それでも、少なくとも１つのさらなる（空間）方向、例えば造形方向に対して横方向における（追加の）延長部が可能である。
【００３０】
複数のそれぞれの垂直延在構造要素は、付加製造される三次元物体又は製造される三次元物体それぞれの断面にわたって均一又は不均一な二次元又は三次元分布で設けられてもよい。それぞれの垂直延在構造要素は、製造される三次元物体の少なくとも１つの共通の水平面及び／又は異なる水平面内に均一又は不均一分布で設けられてもよい。
【００３１】
三次元物体は、垂直方向に積み重ねられた固化水平方向造形材料層から造形されるだけでなく、垂直方向に延びるそれぞれの垂直延在構造要素も含むので、三次元物体にそれぞれの垂直延在構造要素を導入することによって、付加製造される三次元物体は、改善された構造特性、特に等方性特性を有する。したがって、改善された、すなわち特に等方性の構造特性を有する三次元物体を付加製造することを可能にする少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法が与えられる。
【００３２】
それぞれの垂直延在構造要素を生成するために、少なくとも１つの特別な照射パラメータセットを使用することが可能である。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素を生成するために、残りの部分、すなわちそれぞれの第１の造形材料層に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域の部分、及びそれぞれの第２の造形材料層に関して、第１の造形材料層の照射領域のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分を照射するために使用される基準照射パラメータセットとは異なる照射パラメータセットを使用することができる。それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、第１の造形材料層の照射領域の小領域への上述の大量のエネルギー入力を可能にし、したがって第１の造形材料層の照射領域の小領域の（所望の）固化が行われるのを可能にする照射パラメータを含む。したがって、それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、典型的には、基準照射パラメータセットと比較して造形材料層へのより高い（垂直）エネルギー入力をもたらす。それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、基準照射パラメータセットと比較して、例えば異なる、すなわち典型的にはより高いビームパワー、（より高い）ビーム強度、異なる（垂直）焦点位置、異なる焦点スポットサイズなどを含む。
【００３３】
それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、それぞれの垂直延在構造要素が残りの部分、すなわちそれぞれの第１の造形材料層に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域の部分と、それぞれの第２の造形材料層に関して、第１の造形材料層の照射領域のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有するように選択され得る。このようにして、本明細書に記載の方法によって付加製造される三次元物体は、複合材料様の構造特性を備えることができ、それによってそれぞれの垂直延在構造要素は、造形材料層のそれぞれの照射領域の残りの部分によって表される基部材料構造内に延びる強化構造を表す。
【００３４】
上述のように、上述の原理は、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層に拡張されてもよい。上記のそれぞれの注釈は、同様に適用される。この場合、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域は、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域に対して水平方向にずれていてもよい。したがって、それぞれの垂直延在固化領域及び垂直延在構造要素をそれぞれ千鳥配置することが可能である。第１の垂直延在構造要素は、第１の造形材料層と少なくとも１つの第２の造形材料層との間に垂直に延びることができ、第２の垂直延在構造要素は、第２の造形材料層と少なくとも１つの第３の造形材料層との間に垂直に延びることができ、さらなる垂直延在構造要素は、第３の造形材料層と少なくとも１つのさらなる造形材料層との間で垂直に延びることができ、以下同様である。
【００３５】
それぞれの垂直延在構造要素は、階段状配置を生成するように隣接して配置されてもよく、ここで、それぞれの隣接して配置された垂直延在構造要素は、階段状配置の工程を表す。本明細書に記載の方法によって製造される三次元物体と同一又は異なる空間配向のそれぞれの階段状配置を協調的に導入することによって、三次元物体の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００３６】
上述のように、複数のそれぞれの垂直延在構造要素は、本明細書に記載された方法によって製造される三次元物体の断面にわたって均一又は不均一な分布で設けられてもよい。特に、それぞれの垂直延在構造要素は、互いに対して水平方向及び／又は垂直方向のずれを備えていてもよい。それぞれの水平方向及び／又は垂直方向のずれは、例えば、それぞれの垂直延在構造要素の水平方向及び／又は垂直方向に積み重ねられた配置を含み得る。
【００３７】
同様に、製造される三次元物体又は製造される三次元物体の断面それぞれにわたって、複数のそれぞれの階段状配置を均一又は不均一な分布で設けることができる。それぞれの階段状配置は、同じ又は異なる空間方向に向けられてもよい。すなわち、第１の階段状配置は、第１の空間方向、例えば三次元物体のｘ方向に向けられてもよく、第２の階段状配置は、第２の空間方向、例えば三次元物体のｙ方向に向けられてもよい。同じ又は異なる垂直方向延在部及び／又は同じ又は異なる空間的な向きを有するそれぞれの階段状配置を、製造される三次元物体に協調的に配置及び配向することによって、三次元物体の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００３８】
それぞれの垂直延在構造要素及びそれぞれの階段状配置の配置及び配向はまた、製造される三次元物体内に破断点構造を生成するために使用されてもよい。それぞれの生成破断点構造は、それぞれの垂直延在構造要素がその間に延在しない、すなわち少なくとも１つの垂直延在構造要素によって垂直に接続されていない造形材料層の間に生成される。
【００３９】
本発明は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置のためのハードウェア及び／又はソフトウェア実施制御装置に関する。制御ユニットは、
−選択的に照射し、それによって固化させる第１の造形材料層の照射領域を照射し、それによって固化させるのを制御し、これによって第１の造形材料層の直上に配置される第２の造形材料層の、選択的に照射され、それによって固化させる少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置される照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外され、
−第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第２の造形材料層の照射領域への照射を制御するように構成される。
【００４０】
制御ユニットは、特に、選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第１の造形材料層の直上に配置された、第２の造形材料層のうち、選択的に照射され、それによって固化される部分の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかが決定されるように構成され得る。制御ユニットは、第１の造形材料層の照射領域への照射を制御するようにさらに構成されてもよく、それによって、第１の造形材料層の照射領域が、第２の造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むと決定される場合、少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される。制御ユニットは、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように、第１の造形材料層の少なくとも１つの小領域の上の領域における第２の造形材料層の照射領域への照射を制御するようにさらに構成され得る。
【００４１】
本発明はさらに、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置に関する。本装置は、本明細書で特定されるように少なくとも１つの制御ユニットを備えるか又はそれと接続される。
【００４２】
装置は、例えば、選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置であり得る。しかし、装置がバインダー噴射装置、特に例えば金属バインダー噴射装置であることも考えられる。
【００４３】
装置は、その動作中に操作可能であるか又は操作されるいくつかの機能及び／又は構造ユニットを含む。各機能ユニット及び／又は構造ユニットは、いくつかの機能副ユニット及び／又は構造副ユニットを含むことができる。例示的な機能ユニット及び／又は構造ユニットは、造形面に造形材料層を形成するように、装置の造形面に選択的に照射されかつ固化されるべき量の造形材料を塗布するように構成された造形材料塗布ユニット、少なくとも１つのエネルギービームを用いて造形材料層を選択的に照射し、それによって固化させるように構成された照射ユニット、及びそれぞれの制御ユニットである。
【００４４】
方法に関するすべての注釈は、制御ユニット及び／又は装置にも適用される。
【００４５】
本発明の例示的な実施形態は、図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】例示的な実施形態による三次元物体の付加製造のための装置の原理図を示す。
【図２】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図３】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図４】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図５】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図６】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図７】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図８】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図９】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１０】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１１】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１２】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、例示的な実施形態による、粉末状の造形材料４、例えば、少なくとも１つのエネルギービーム５によって固化可能な金属粉末の造形材料層３を連続的に層毎に選択的に照射しそして同時に固化させることによって三次元物体２、例えば、工業部品を付加製造するための装置１の例示的な実施形態の原理図を示す。エネルギービーム５は、例えば電子ビーム又はレーザービームであり得る。したがって、装置１は、例えば、選択的電子ビーム溶融装置、又は選択的レーザー溶融装置として具体化することができる。
【００４８】
装置１は、その動作中に操作可能であり操作されるいくつかの機能及び／又は構造ユニットを含む。各機能ユニット及び／又は構造ユニットは、いくつかの機能副ユニット及び／又は構造副ユニットを含むことができる。機能及び／又は構造ユニット及び装置１の動作はそれぞれ、ハードウェア及び／又はソフトウェアで具体化された（中央）制御ユニット６によって制御される。
【００４９】
装置１の例示的な機能及び／又は構造ユニットは、造形材料塗布ユニット７、照射ユニット８、及び運搬ユニット９である。
【００５０】
造形材料塗布ユニット７は、三次元物体２を付加製造する間に選択的に照射されかつ固化されるそれぞれの造形材料層３を生成するように、装置１の造形面に所定量の造形材料４を塗布するように構成される。造形材料塗布ユニット７は、例えばブレード状の再コーティング要素として具体化され得る造形材料塗布要素１０を含み得る。造形材料塗布要素１０は装置１のプロセスチャンバ１１内に移動可能に支持されている。造形材料塗布要素１０は、造形面に所定量の調整された造形材料４を塗布し、三次元物体２を付加製造する間に選択的に照射されかつ固化されるそれぞれの造形材料層３を生成するように、少なくとも造形面を横切って移動し得る。造形面ＢＰにおける造形材料４の塗布方向は、ｘ方向に対応する。造形面ＢＰを横切る造形材料塗布要素１０の例示的な動きは、二重矢印Ｐ１によって示される。造形材料塗布要素１０を移動させるための駆動力を発生させるように、駆動ユニット（図示せず）を造形材料塗布ユニット７に割り当てることができる。
【００５１】
照射ユニット８は、造形材料塗布ユニット７によって装置１の造形面に塗布されたそれぞれの造形材料層３を少なくとも１つのエネルギービーム５で選択的に照射し、それによって固化させるように構成される。照射ユニット８は、少なくとも１つのエネルギービーム５を生成するように構成されたビーム生成ユニット（図示せず）、及び少なくとも１つのエネルギービーム５を造形面内の様々な位置に偏向するように構成された偏向ユニット（図示せず）、例えば走査ユニットを含むことができる。
【００５２】
運搬ユニット９は、造形材料層３と付加製造される三次元物体２とを運搬するように構成されている。運搬ユニット９は、垂直方向（ｚ方向）に移動可能に支持された運搬要素１１（運搬テーブル）を備える。運搬要素１１の例示的な動きは、二重矢印Ｐ２によって示されている。運搬ユニット９に駆動ユニット（図示せず）を割り当てて、運搬要素１１を垂直方向の様々な位置に移動させるための駆動力を発生させることができる。
【００５３】
制御ユニット６は、装置１の各機能ユニット及び／又は構成ユニットの動作を制御することにより、三次元物体２を付加製造する方法を実現するように構成されている。装置１の各機能及び／又は構造ユニットの動作は、典型的には、造形材料塗布ユニット７、照射ユニット８、及び運搬ユニット９の動作を制御することを含む。
【００５４】
本方法の特徴的な段階は、例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図をそれぞれ示す図２〜図４を参照して以下に説明される。
【００５５】
方法の第１の工程によれば、エネルギービーム５によって選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が照射及び固化される。それによって、第１の造形材料層３．１の直上に配置された第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の下に少なくとも部分的に配置された照射領域Ａ．１の少なくとも１つの小領域ＳＡ．１は照射されて固化されることから除外される。
【００５６】
所望により、垂直に直接隣接して配置された少なくとも２つの造形材料層３．１、３．２、すなわち、エネルギービーム５によって選択的に照射されそれによって固化される照射領域Ａ．１、Ａ．２を含み、それぞれ第２の造形材料層３．２の直下に垂直方向（ｚ方向）に配置された第１の造形材料層３．１、及び第１の造形材料層３．１の直上に垂直方向に配置された第２の造形材料層３．２について、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の下に配置される小領域ＳＡ．１を含むかどうかを決定してもよい。したがって、本方法は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第二造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含むかどうかを判定する判定工程を含むことができる（図２、３参照）。
【００５７】
この任意選択の決定は、三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され、それによって固化される必要があるそれぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域Ａ．１〜Ａ．ｎを含むデータに基づいてもよい。それぞれのデータは、付加製造される三次元物体２の造形データ及び／又はスライスデータであり得るか、又はそれらを含み得る。決定手段を具体化するハードウェア及び／又はソフトウェア１２（任意選択）は、第１の造形材料層３．１の少なくとも１つの照射領域Ａ．１〜Ａ．ｎが、第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域Ａ．１を含むかどうかを決定するように構成され、第２の造形材料層３．２を第１の造形材料層３．１の直上に配置して、本方法の任意選択の決定工程を実行するのに使用することができる。決定手段は、制御ユニット６の一部を構成してもよい。
【００５８】
任意選択の決定工程は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１を選択的に照射し、それによって固化させる前に行われてもよい。
【００５９】
図２〜図４は、第１の造形材料層３．１が実際には三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され固化される第１の造形材料層３であることを示しており、第１の造形材料層３．１は、三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され固化される造形材料層３のスタック内の任意の層であり得る。
【００６０】
本方法の第２の工程によれば、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の照射が行われ、それによってその小領域が第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、照射されて固化されることから除外される。
【００６１】
本方法の第２の工程は、特に、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含むと決定される場合に実施することができ、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２が、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の直上に配置されていると決定される場合も同様である。
【００６２】
図２は、選択的に照射された後の第１の造形材料層３．１を示しており、固化部分は第１のハッチングで描かれている。
【００６３】
したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、その小領域ＳＡ．１が全く照射されないように照射から完全に除外されるか、又は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１が照射から完全には除外されず、小領域ＳＡ．１は照射されるが（少なくとも照射され、それによって固化される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の残りの部分に関しては）まだ固化はされないかのどちらかであり、例えば、それは小領域ＳＡ．１を照射することは予備焼戻し、すなわち特に（完全）溶融を生じない予備焼戻しをもたらすだけだからである。言い換えれば、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の照射は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１全体が固化されないように、しかし第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１が固化されないように実行される。したがって、この工程では、小領域ＳＡ．１へのエネルギー入力量は、小領域ＳＡ．１の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高くはない。したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１を照射した後、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１は固化部分を含み、固化部分は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を除外する照射領域Ａ．１の部分を含み、非固化部分は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含む（図２参照）。
【００６４】
本方法の第３又はさらなる工程によれば、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２は、少なくとも第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上に配置された部分において照射され、それによって第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は照射され、それによって固化される。言い換えれば、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２は、少なくとも第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上の部分において、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１が照射され、それによって固化されるように照射される。したがって、この工程では、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１に入力されるエネルギー量は、小領域ＳＡ．１の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高い。したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、第１の造形材料層３．１を選択的に照射するときではなく、第２の造形材料層３．２を選択的に照射するときに照射されて固化される。もちろん、第２の造形材料層の照射領域Ａ．２の照射はまた、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上に配置されていない第２の造形材料層３．２の照射領域の部分を照射及び固化させることを含み得る。したがって、第２の造形材料層３．２を選択的に照射した後、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２を完全に固化させることができる。
【００６５】
図３は、選択的に照射された後の第２の造形材料層３．２を示しており、固化部分は第２のハッチングで描かれている。図３から明らかなように、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２も少なくとも１つのそれぞれの小領域ＳＡ．２を含むことができる。
【００６６】
図４から明らかなように、原理はまた、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層３．１〜３．ｎに拡張されてもよい。したがって、第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２が、第２の造形材料層３．２の直上に配置された第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３の下に配置された少なくとも１つの小領域ＳＡ．２を含むかどうかを所望により決定してもよい。第２の造形材料層３．２が、第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３の下に配置される照射領域Ａ．２を含むと決定される場合、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２が照射され、それにより少なくとも１つの小領域ＳＡ．２は照射されて固化されることから除外される。次に、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．２の上の部分において、第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３が照射され、それにより第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．２が固化される。
【００６７】
図４は、選択的に照射された後の第１の造形材料層３．３を示しており、固化部分は第３のハッチングで描かれている。図４から明らかなように、第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．３も少なくとも１つのそれぞれの小領域ＳＡ．３を含むことができる。
【００６８】
上部造形材料層の照射領域Ａ．１〜Ａ．３の下に配置された少なくとも１つのそれぞれの特定の小領域ＳＡ．１〜ＳＡ．３は、例えば、下部造形材料層３の照射領域Ａが少なくとも１つの小領域ＳＡ、特に上部造形材料の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された複数の小領域を含むと決定される場合、（上部造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された下部造形材料層のそれぞれの照射領域の複数のそれぞれの小領域ＳＡ．１〜ＳＡ．３から）選択することができる。この場合、下部造形材料層３の照射領域Ａが照射され、それによって固化され、それによって少なくとも１つの選択された小領域ＳＡが照射されて固化されることから除外される。適切な、特に事前定義済み又は事前定義可能、特にユーザ定義可能な選択規則、例えば選択アルゴリズムに実装された規則が、それぞれの小領域を選択するために使用されてもよい。選択規則は、付加製造される三次元の事前定義済み又は事前定義可能な、特にユーザ定義可能な構造的特性を指すことができる。
【００６９】
第１の造形材料層３．１のそれぞれの小領域ＳＡ．１の上、特に第１の造形材料層３．１の１つ又は少なくとも１つの選択された小領域ＳＡ．１の上に配置された第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の一部は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域と見なされるか示され得る。
【００７０】
この場合、第１の造形材料層３．１の小領域ＳＡ．１の上、特に第１の造形材料層３．１の少なくとも１つの選択された小領域ＳＡ．１の上に配置された第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの特別な領域は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセットで照射されてもよい。異なる照射パラメータセットは、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２のそれぞれの特別な領域へのより高いエネルギー入力をもたらし得る。第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域へのより高いエネルギー入力は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特定の領域が、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１と固化することをもたらす。これにより、典型的には、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域の一部、及び第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１を少なくとも含む垂直延在固化領域を生成することができ、及び／又は第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域及び第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１を少なくとも備える垂直延在構造要素１３を生成することができる。
【００７１】
第２の造形材料層３．２、特に第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域を照射するために使用される照射パラメータセットを調整又は変更することは、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２を照射する間に（その場で）行われるか、又は、最初に第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域を除外して、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の残りの部分だけが設定された基準照射パラメータに基づいて照射され、次いで第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１の上の第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域が、異なる照射パラメータセットに基づいて別々に照射される。
【００７２】
したがって、第１の造形材料層３．１又は第２の造形材料層３．２照射領域の小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２がそれぞれ照射され、それによって固化されるように、第２の造形材料層３．２又は第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．２、Ａ．３を、少なくとも第１の造形材料層３．１又は第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の上の部分にそれぞれ照射することによって、付加製造される三次元物体２の構造的特性、特に機械的特性を協調的に調整することを可能にする、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直に延びる棒状、竿状、柱状、板状又は隆起状の垂直延在構造要素１３が造形され得る。特に、それぞれの構造要素３１は、付加製造される三次元物体２の異方性構造特性を低下させるが、付加製造される三次元物体２の等方性特性を増加させる。図２〜図５から明らかなように、複数のそれぞれの構造要素１３を造形又は生成することができる。
【００７３】
したがって、第２の造形材料層３．２又は第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．２、Ａ．３をそれぞれ照射することによって、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直方向に延びる垂直延在固化領域、すなわち、特に、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直方向に延びる垂直延在溶融プールが生成され、これは少なくともそれぞれの上部造形材料層３．２、３．３の照射領域Ａ．１〜Ａ．２の照射領域の部分と共に、それぞれの下部造形材料層３．１、３．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２を含み、言い換えれば、それぞれの上部造形材料層３．２、３．３の照射領域Ａ．１、Ａ．２のそれぞれの部分を照射するとき、それらの部分はそれぞれの下部造形材料層３．１、３．２のそれぞれの小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の上に配置され、上下の造形材料層３．１〜３．３の両方を取り囲むように垂直方向に延在固化領域、すなわち特に溶融プールが造形又は生成される。したがって、それぞれの固化領域は、典型的には、１つより多い造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって延びる。
【００７４】
固化された後、すなわち典型的には造形材料特有の固化温度より下、すなわち典型的には造形材料４の溶融温度に冷却された後、それぞれの固化領域は少なくとも１つの垂直延在構造要素１３を造形又は生成することができる。結果として、それぞれの垂直延在構造要素１３は、１つより多い造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって延びる。図から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素１３は、１つより多い造形材料層３．１〜３．３、特に少なくとも１と半分の造形材料層３．１〜３．３、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の層厚の合計の垂直方向延在部を含むことができる。
【００７５】
上記から明らかでありまた図から明らかであるように、それぞれの垂直延在構造要素１３は造形方向に延在する。
【００７６】
図５〜図１２は、それぞれ例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体２の例示的な断面の原理図を示しており、製造される三次元物体２の断面にわたって均一又は不均一な分布で複数のそれぞれの垂直延在構造要素１３を設けることができることを特に示す。これらの図から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素１３は、製造される三次元物体２の少なくとも１つの共通の水平面及び／又は異なる水平面内に均一又は不均一分布で設けられてもよい。
【００７７】
物体２は、垂直方向に積み重ねられた固化水平方向造形材料層３から造形されるだけでなく、垂直方向に延びるそれぞれの構造要素１３も含むので、三次元物体２にそれぞれの垂直延在構造要素１３を導入することによって、付加製造される三次元物体２は、改善された構造特性、特に等方性特性を有する。
【００７８】
それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために、特別な照射パラメータセットを使用することが可能である。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために、残りの部分、すなわちそれぞれの下部造形材料層３．１、３．２に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域Ａ．１、Ａ．２の部分、及びそれぞれの上部造形材料層３．２、３．３に関して、下部造形材料層３．１、３．２の照射領域Ａ．１、Ａ．２のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分を照射するために使用される基準照射パラメータセットとは異なる照射パラメータセットを使用することができる。それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、それぞれの下部造形材料層３．１、３．２のそれぞれの照射領域の（選択された）小領域への上述の大量のエネルギー入力を可能にし、したがってそれぞれの下部造形材料層の照射領域Ａ．１、Ａ．２の（選択された）小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の（所望の）固化が行われるのを可能にする照射パラメータを含む。したがって、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、典型的には、基準照射パラメータセットと比較して造形材料層３．１〜３．ｎへのより高い（垂直）エネルギー入力をもたらす。それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、基準照射パラメータセットと比較して、例えば異なる、すなわち典型的にはより高いビームパワー、（より高い）ビーム強度、異なる（垂直）焦点位置、異なる焦点スポットサイズなどを含み得る。
【００７９】
図５〜図１１から明らかなように、三次元物体２全体に均一又は不均一に分布する複数のそれぞれの構造要素１３を造形又は生成することができる。
【００８０】
図５は、垂直延在構造要素１３の第１群が第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に延び、垂直延在構造要素１３の第２群が第２の造形材料層３．２と第３の造形材料層３．３との間に延びる、例示的な均一の配置における垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。図５はまた、それぞれの垂直延在構造要素１３が互いに水平方向にずれていてもよいことを示している。また、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向のずれも可能である。
【００８１】
図６は、垂直延在構造要素１３の第１群が第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に延び、垂直延在構造要素１３の第２群が第２の造形材料層３．２、第３の造形材料層３．３、及び第４の造形材料層３．４との間に延びる、例示的な均一の配置における垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。したがって、図６は、３つ以上の造形材料層にわたって延びる垂直延在構造要素１３を示す。図６はまた、それぞれの垂直延在構造要素１３が互いに水平方向にずれていてもよいことを示している。また、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向のずれも可能である。
【００８２】
図７は、それぞれの垂直延在構造要素１３が垂直方向に隣接してずれていて、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向に積み重ねられた配置をもたらす実施形態を示す。
【００８３】
いずれの場合も、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、垂直延在構造要素１３がそれぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの照射部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有するように選択され得る。このようにして、付加製造される三次元物体２は、複合材料様の構造特性を備えることができ、それによってそれぞれの垂直延在構造要素１３は、造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの部分によって表される基部材料構造内に延びる強化構造を表す。
【００８４】
図８は、それぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの照射部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有する垂直延在構造要素１３のそれぞれの例示的な実施形態を示す。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素１３は、それらの構造的特性、特に機械的特性において異なり、これは、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために用いられる異なる照射パラメータから生じる。それぞれの垂直延在構造要素１３の異なる構造特性は、図８において異なるハッチングで示されている。
【００８５】
図９は、千鳥配置の各垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。第１の垂直延在構造要素１３は、第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に垂直に延び、第２の垂直延在構造要素１３は、第２の造形材料層３．２と第３の造形材料層３．３との間に垂直に延び、第４の垂直延在構造要素１３は、第３の造形材料層３．３と第４の造形材料層３．４との間で垂直に延び、以下同様である。
【００８６】
図９及び図１０の例示的な実施形態において、図１０は図９に対応する上面図であり、それぞれの垂直延在構造要素１３は、階段状配置１４を生成するように隣接して配置され、ここで、それぞれの隣接して配置された垂直延在構造要素１３は、階段状配置１４の工程を表す（図９参照）。
【００８７】
図１０及び図１１の実施形態は、製造される三次元物体２において同一又は異なる空間配向のそれぞれの階段状配置１４を協調的に導入することによって、三次元物体２の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられることを示している。
【００８８】
図１１の実施形態から明らかなように、製造される三次元物体２の断面にわたって、複数のそれぞれの階段状配置１４を均一又は不均一な分布で設けることができる。それぞれの階段状配置１４は、同じ又は異なる空間方向に向けられてもよい。すなわち、第１の階段状配置１４は、第１の空間方向、例えば三次元物体２のｘ方向に向けられてもよく、第２の階段状配置１４は、第２の空間方向、例えば三次元物体２のｙ方向に向けられてもよい。同じ又は異なる垂直方向延在部及び／又は同じ又は異なる空間的な向きを有するそれぞれの階段状配置１４を、製造される三次元物体２に協調的に配置及び配向することによって、三次元物体２の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００８９】
図１２は、それぞれの垂直延在構造要素１３及びそれぞれの階段状配置１４の配置及び配向が、製造される三次元物体２内に破断点構造を１５生成するためにも使用されてもよいことを示す、例示的な実施形態を示している。図１１から明らかなように、それぞれの生成破断点構造１５は、それぞれの垂直延在構造要素１３がその間に延在しない、すなわち少なくとも１つの垂直延在構造要素１３によって垂直に接続されていない造形材料層の間に生成される。
【００９０】
特定の実施形態に関連して明示された１つ又は複数の特徴は、少なくとも１つのさらなる実施形態に関連して明示された１つ又は複数の特徴と組み合わせることができる。
【図１】
2020023160.tif 000003
【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】
2020023160.tif 000008
【図７】
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【図８】
2020023160.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造する方法であって、
選択的に照射することにより固化される第１の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射して固化させることであって、前記第１の造形材料層（３）の直上に配置される第２の造形材料層（３）の、選択的に照射されて固化される少なくとも１つの照射領域（Ａ）の下に少なくとも部分的に配置される前記照射領域（Ａ）の少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が、照射されて固化されることから除外されること、及び
前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が固化されるように、前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）の上の領域にある前記第２の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射すること、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の造形材料層（３）のそれぞれの小領域（ＳＡ）、特に前記又は少なくとも１つの選択された小領域（ＳＡ）、の上に配置される前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記又は少なくとも１つの領域が、前記第２の造形材料層（３）の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセット、特に、前記基準照射パラメータセットと比較して、前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）のこの領域へのより高いエネルギー入力をもたらす異なる照射パラメータセット、を用いて照射される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）を照射することによって、選択的に照射されることによって固化される、前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の一部、並びに前記第１の造形材料層（３）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）を少なくとも含む垂直方向に延在する固化領域が造形される、
請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）を照射することによって垂直延在構造要素（１３）が生成され、
前記垂直延在構造要素（１３）が、選択的に照射されることによって固化される、前記少なくとも１つの第２の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の一部、及び前記第１の造形材料層（３）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）を少なくとも含む、    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
垂直延在構造要素（１３）が、付加製造される前記三次元物体（２）を通る二次元又は三次元形状及び／又は二次元又は三次元拡張部を用いて生成される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
垂直延在構造要素（１３）を生成するために、前記それぞれの造形材料層（３）の前記それぞれの照射領域（Ａ）の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセット、特に、前記基準照射パラメータセットと比較して前記造形材料層（３）へのより高いエネルギー入力をもたらす異なる照射パラメータセット、が使用される、
請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
付加製造される前記三次元物体（２）全体にわたって均一又は不均一に分布する複数の垂直延在構造要素（１３）が生成される、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
垂直方向及び／又は水平方向にずれている、特に垂直方向及び／又は水平方向に積み重ねられた、垂直延在構造要素（１３）が生成される、
請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）の制御ユニット（６）であって、
前記制御ユニット（６）が、特に、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法によって、
選択的に照射されることによって固化される第１の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）を照射して固化させることを制御し、これによって前記第１の造形材料層（３）の直上に配置される第２の造形材料層（３）の、選択的に照射されることによって固化される少なくとも１つの照射領域（Ａ）の下に少なくとも部分的に配置される前記照射領域（Ａ）の少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が、照射されて固化されることから除外され、
前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）が固化されるように、前記第１の造形材料層（３）の前記照射領域（Ａ）の前記少なくとも１つの小領域（ＳＡ）の上の領域にある前記第２の造形材料層（３）の照射領域（Ａ）への照射を制御する、
ように構成される、制御ユニット。
【請求項１０】
少なくとも１つのエネルギービーム（５）による連続的な層毎の選択的照射及び造形材料（３）の固化によって少なくとも１つの三次元物体（２）を付加製造するための装置（１）であって、
請求項９に記載の（６）制御ユニットを備える、
装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば選択的電子ビーム溶融法又は選択的レーザー溶融法として実装することができる少なくとも１つの三次元物体を付加製造するためのそれぞれの方法は、付加製造の技術分野から一般に知られている。
【０００３】
それによって、既知の付加製造法、例えば、選択的レーザー溶融法による付加製造物は、異方性構造特性、すなわち特に異方性機械特性を有することができ、これは典型的にはそれぞれの付加製造法の性質、すなわち連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって説明される。
【０００４】
付加製造された三次元物体のそれぞれの異方性構造的及び機械的特性は、異なる空間方向において変化する機械的特性をもたらし得る。一例として、付加製造された構成要素は、異なる空間方向において異なる引張強度、圧縮強度及び／又は剪断強度を有し得る。
【０００５】
等方性構造特性、すなわち特に等方性の機械的特性を有する三次元物体を付加製造することが一般に望ましいので、製造可能な三次元物体が改良された、すなわち特に等方性の構造特性を有するように、付加製造プロセスをさらに開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改善された、すなわち特に等方性の構造特性を有する三次元物体を付加製造することを可能にする少なくとも一つの三次元物体を付加製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法によって達成される。請求項１に従属する請求項は、請求項１による方法の可能な実施形態に関する。
【０００８】
本明細書に記載の方法は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体、例えば、工業部品を付加製造する方法に関する。造形材料は、セラミック、ポリマー、又は金属であり得る。造形材料は典型的には粉末として提供される。エネルギービームは、例えば、電子ビーム又はレーザービームであり得る。選択的に照射されかつ固化される造形材料層は、本方法を実施するために使用される、少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置の造形面において連続的に塗布される。したがって、この方法は、少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置によって実行可能であるか又は実行される。
【０００９】
この方法は、例えば選択的レーザー焼結法、選択的レーザー溶融法、又は選択的電子ビーム溶融法として実装することができる。しかし、この方法は、バインダー噴射法、特に例えば金属バインダー噴射法であることも考えられる。したがって、本方法を実行するための装置は、例えば、選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置として具体化することができる。しかし、装置をバインダー噴射装置、特に例えば金属バインダー噴射装置として具体化されることも考えられる。
【００１０】
この方法は一般に
−少なくとも１つのエネルギービームによって選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層の照射領域（以下、「照射領域」）を照射し、それによって固化させる工程であって、これによって第１の造形材料層の直上に配置された第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は、照射されて固化されることから除外される工程、及び
−第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第２の造形材料層の照射領域を、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように照射する工程を含む。
【００１１】
本方法の第１の工程によれば少なくとも１つのエネルギービームによって選択的に照射され、それによって固化される、第１の造形材料層の照射領域（以下「照射領域」）が照射及び固化される。それによって、第１の造形材料層の直上に配置された第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される。
【００１２】
本方法の例示的実施形態によれば、垂直に直接隣接して配置され、かつ第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域を含む少なくとも２つの造形材料層、すなわちそれぞれ第２の造形材料層の直下に垂直方向に配置された第１の造形材料層、及び第１の造形材料層の直上に垂直方向に配置された第２の造形材料層について、第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が少なくとも部分的に第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に配置される少なくとも１つの小領域を含むかどうかが決定される。したがって、本方法は、第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを決定する決定工程を含み得る。
【００１３】
この任意選択の決定工程は、三次元物体を付加製造するために選択的に照射され、それによって固化される必要があるそれぞれの造形材料層のそれぞれの照射領域を含むデータに基づいてもよい。例えば、それぞれのデータは、付加製造される三次元物体の造形データ及び／又はスライスデータであり得るか、又はそれらを含み得る。決定手段を具体化するハードウェア及び／又はソフトウェアは、選択的に照射され固化される第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、選択的に照射され、それによって固化される第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを決定するように構成され、第２の造形材料層を第１の造形材料層の直上に配置して、本方法の決定工程を実行するのに使用することができる。
【００１４】
任意選択の決定工程は、第１の造形材料層の照射領域を選択的に照射し、それによって固化させる前に行われてもよい。
【００１５】
本方法の第２又はさらなる工程によれば、第１の造形材料層の照射領域の照射が行われ、それによってその小領域が第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置される第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域は、照射されて固化されることから除外される。したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域は、その小領域は全く照射されないように照射から完全に除外されるか、又は、第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射から完全には除外されず、小領域は照射されるが（少なくとも照射され、それによって固化される第１の造形材料層の照射領域の残りの部分に関しては）まだ固化はされないかのどちらかであり、例えば、それは小領域を照射することは予備焼戻し、すなわち特に（完全）溶融を生じない予備焼戻しをもたらすだけだからである。言い換えれば、第１の造形材料層の照射領域の照射は、第１の造形材料層の照射領域全体が固化されないように、しかし第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された小領域が固化されないように実行される。したがって、この工程では、小領域へのエネルギー入力量は、小領域の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高くはない。したがって、第１の造形材料層の照射領域を照射した後、第１の造形材料層の照射領域は固化部分を含み、固化部分は、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置されている小領域を除外する照射領域の部分を含み、非固化部分は、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された小領域を含む。少なくとも１つのエネルギービーム、特に電子ビーム又はレーザービームを用いて造形材料層のそれぞれの照射領域を選択的に照射するように構成されている照射装置を使用して、方法の第２の工程を実行する。
【００１６】
本方法の第２の工程は、特に、第１の造形材料層の照射領域が、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域の直下に配置された少なくとも１つの小領域を含むと決定される場合に実施することができ、第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の直上に配置されていると決定される場合も同様である。
【００１７】
本方法の第３又はさらなる工程によれば、第２の造形材料層の照射領域は、少なくとも第１の造形材料層の照射領域の小領域の上に配置された部分において照射され、それによって第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射され、それによって固化される。言い換えると、第２の造形材料層の照射領域は、少なくとも第１の造形材料層の照射領域の小領域の上の部分において照射され、それによって第１の造形材料層の照射領域の小領域は照射され、それによって固化される。したがって、この工程では、第１の造形材料層の照射領域の小領域に入力されるエネルギー量は、小領域の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高い。したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域は、第１の造形材料層を選択的に照射するときではなく、第２の造形材料層を選択的に照射するときに照射されて固化される。もちろん、第２の造形材料層の照射領域の照射はまた、第１の造形材料層の照射領域の小領域の上に配置されていない第２の造形材料層の照射領域の部分を照射及び固化させることを含み得る。したがって、第２の造形材料層を選択的に照射した後、第２の造形材料層の照射領域を完全に固化させることができる。
【００１８】
本方法の例示的実施形態によれば、これは、照射領域が複数のそれぞれの小領域を含む場合に特に当てはまり、それぞれの第２の造形材料層の照射領域の下に配置された少なくとも１つの特定の小領域、すなわち上部造形材料層は、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層のそれぞれの照射領域のそれぞれの小領域から選択され、小領域は、それぞれの第２の造形材料層、すなわち上部造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置され、特に、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層の照射領域が少なくとも１つの小領域、特に複数の小領域を含むと決定される場合、これらは第２の造形材料層、すなわち上部造形材料層の照射領域を少なくとも部分的に覆って配置される。この場合、それぞれの第１の造形材料層、すなわち下部造形材料層の照射領域が照射され、それによって固化され、それによって少なくとも１つの選択された小領域は照射されて固化されることから除外される。適切な、特に事前定義済み又は事前定義可能、特にユーザ定義可能な選択規則、例えば選択アルゴリズムに実装された規則が、それぞれの特定の小領域を選択するために使用されてもよい。選択規則は、本明細書に記載された方法によって付加製造される三次元の事前定義済み又は事前定義可能な、特にユーザ定義可能な構造的特性、特に機械的特性を指すことができる。
【００１９】
第１の造形材料層のそれぞれの小領域の上、特に第１の造形材料層の１つ又は少なくとも１つの選択された小領域の上に配置された第２の造形材料層の照射領域の一部は、第２の造形材料層の照射領域の特別な領域と見なされるか示され得る。
【００２０】
第１の造形材料層の小領域の上、特に第１の造形材料層の少なくとも１つの選択された小領域の上に配置された第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの特別な領域は、第２の造形材料層の照射領域の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセットで照射されてもよい。異なる照射パラメータセットは、第２の造形材料層の照射領域のそれぞれの特別な領域へのより高いエネルギー入力をもたらし得る。第２の造形材料層の照射領域の特別な領域へのより高いエネルギー入力は、第２の造形材料層の照射領域の特定の領域が、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域と固化することをもたらす。これにより、典型的には、第２の造形材料層の照射領域の特別な領域の一部、及び第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域を少なくとも含む垂直延在固化領域を生成することができ、及び／又は第２の造形材料層の照射領域の特別な領域及び第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域を少なくとも備える垂直延在構造要素を生成することができる。
【００２１】
第２の造形材料層、特に第２の造形材料層の照射領域の特別な領域を照射するために使用される照射パラメータセットを調整又は変更することは、第２の造形材料層の照射領域を照射する間に（その場で）行われるか、又は、最初に第２の造形材料層の照射領域の特別な領域を除外して、第２の造形材料層の照射領域の残りの部分だけが設定された基準照射パラメータに基づいて照射され、次いで第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの（選択された）小領域の上の第２の造形材料層の照射領域の特別な領域が、異なる照射パラメータセットに基づいて別々に照射される。
【００２２】
したがって、第１の造形材料層の照射領域の小領域の少なくとも上方の部分において、第１の造形材料層の照射領域の小領域が照射され、それによって固化されるように第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直延在構造要素が造形又は生成され、それによって、付加製造される三次元物体の構造特性、特に機械的特性が協調的に調整される。特に、それぞれの構造要素は、付加製造される三次元物体の異方性構造特性を低下させるが、付加製造される三次元物体の等方性特性を増加させる。三次元物体全体に均一又は不均一に分布する複数のそれぞれの構造要素を造形又は生成することができる。同様に、少なくとも１つのエネルギービーム、特に電子ビーム又はレーザービームを用いて造形材料層のそれぞれの照射領域を選択的に照射するように構成されている照射装置を使用して、方法の第３の工程を実行する。
【００２３】
当然のことながら、上述の原理はまた、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層に拡張されてもよい。この方法は、
−第２の造形材料層の照射領域を照射し、それによって固化させる工程であって、これによって第２の造形材料層の直上に配置された第３又はさらなる造形材料層の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される工程、及び
−第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第３又はさらなる造形材料層の照射領域を、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように照射する工程、を含む。上記の注釈はすべて同様に適用される。
【００２４】
したがって、選択的に照射され、それによって固化される第２の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第２の造形材料層の直上に配置された、第３又はさらなる造形材料層のうち、選択的に照射され、それによって固化される部分の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかを所望により決定してもよい。第２の造形材料層が、第３又はさらなる造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置される少なくとも１つの照射領域を含むと決定される場合、第２の造形材料層の照射領域が照射され、それにより少なくとも１つの小領域は照射されることから除外される。次に、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の部分において、第３又はさらなる造形材料層の照射領域が照射され、それにより第２の造形材料層の少なくとも１つの小領域が固化される。上記の注釈はすべて同様に適用される。
【００２５】
上述のように、第１の造形材料層の照射領域の小領域の少なくとも上方の部分において、第１の造形材料層の照射領域の小領域が照射され、それによって固化されるようにそれぞれの第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、３つ以上の造形材料層、すなわち特に２つ以上の造形材料層を横切って垂直方向に延びる、垂直延在構造要素が造形又は生成され、それによって、付加製造される三次元物体の構造特性、特に機械的特性が協調的に調整される。したがって、第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直に延びる垂直延在固化領域、すなわち特に少なくとも２つの造形材料層を横切って垂直に延在する垂直延在溶融プールが生成され、これは、それぞれの第２の造形材料層の照射領域の一部、及びそれぞれの第１の造形材料層の少なくとも１つの小領域を少なくとも含む。言い換えれば、それぞれの第１の造形材料層のそれぞれの小領域の上にその部分が配置されたそれぞれの第２の造形材料層の照射領域のそれぞれの部分を照射すると、固化領域、すなわち特に溶融プールが形成され又は生成され、これは、第１及び第２の造形材料層の両方を取り囲むように垂直方向に延びる。したがって、それぞれの固化領域は、典型的には、１つより多い造形材料層の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層の厚さにわたって延びる。
【００２６】
固化された、すなわち典型的には造形材料特有の固化温度、すなわち典型的には造形材料の溶融温度以下に冷却された後、それぞれの固化領域は少なくとも１つの垂直延在構造要素を造形することができる。結果として、それぞれの垂直延在構造要素は、典型的には、１つより多い造形材料層の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層の厚さにわたって延びる。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素は、１つより多い造形材料層、特に少なくとも１と半分の造形材料層、好ましくは少なくとも２つ以上の造形材料層の層厚の合計の垂直方向延在部を含むことができる。
【００２７】
それぞれの垂直方向に延在する構造要素は、付加製造される三次元物体を通る二次元又は三次元形状及び／又は二次元又は三次元拡張部を用いて造形又は生成されてもよい。直線状又は曲線状の形状及び／又は直線状又は曲線状の延長部が可能である。一般に、幾何学的に定義された又は定義されていない形状及び／又は拡張部が考えられる。
【００２８】
それぞれの垂直延在構造要素は、特に棒状、竿状、柱状、板状、又は隆起状の形状を有することができる。したがって、第２の造形材料層の照射領域を照射することによって、それぞれの第２の造形材料層及び第１の造形材料層の小領域の照射領域の選択的に照射され、それによって固化される部分を少なくとも含む、特に棒状、竿状、柱状、板状又は隆起状の垂直延在構造要素が造形又は生成されてもよい。
【００２９】
上記から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素は、典型的には少なくとも付加製造される三次元物体の造形方向に延びる。それでも、少なくとも１つのさらなる（空間）方向、例えば造形方向に対して横方向における（追加の）延長部が可能である。
【００３０】
複数のそれぞれの垂直延在構造要素は、付加製造される三次元物体又は製造される三次元物体それぞれの断面にわたって均一又は不均一な二次元又は三次元分布で設けられてもよい。それぞれの垂直延在構造要素は、製造される三次元物体の少なくとも１つの共通の水平面及び／又は異なる水平面内に均一又は不均一分布で設けられてもよい。
【００３１】
三次元物体は、垂直方向に積み重ねられた固化水平方向造形材料層から造形されるだけでなく、垂直方向に延びるそれぞれの垂直延在構造要素も含むので、三次元物体にそれぞれの垂直延在構造要素を導入することによって、付加製造される三次元物体は、改善された構造特性、特に等方性特性を有する。したがって、改善された、すなわち特に等方性の構造特性を有する三次元物体を付加製造することを可能にする少なくとも１つの三次元物体を付加製造する方法が与えられる。
【００３２】
それぞれの垂直延在構造要素を生成するために、少なくとも１つの特別な照射パラメータセットを使用することが可能である。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素を生成するために、残りの部分、すなわちそれぞれの第１の造形材料層に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域の部分、及びそれぞれの第２の造形材料層に関して、第１の造形材料層の照射領域のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分を照射するために使用される基準照射パラメータセットとは異なる照射パラメータセットを使用することができる。それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、第１の造形材料層の照射領域の小領域への上述の大量のエネルギー入力を可能にし、したがって第１の造形材料層の照射領域の小領域の（所望の）固化が行われるのを可能にする照射パラメータを含む。したがって、それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、典型的には、基準照射パラメータセットと比較して造形材料層へのより高い（垂直）エネルギー入力をもたらす。それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、基準照射パラメータセットと比較して、例えば異なる、すなわち典型的にはより高いビームパワー、（より高い）ビーム強度、異なる（垂直）焦点位置、異なる焦点スポットサイズなどを含む。
【００３３】
それぞれの垂直延在構造要素を生成するために使用される照射パラメータセットは、それぞれの垂直延在構造要素が残りの部分、すなわちそれぞれの第１の造形材料層に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域の部分と、それぞれの第２の造形材料層に関して、第１の造形材料層の照射領域のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有するように選択され得る。このようにして、本明細書に記載の方法によって付加製造される三次元物体は、複合材料様の構造特性を備えることができ、それによってそれぞれの垂直延在構造要素は、造形材料層のそれぞれの照射領域の残りの部分によって表される基部材料構造内に延びる強化構造を表す。
【００３４】
上述のように、上述の原理は、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層に拡張されてもよい。上記のそれぞれの注釈は、同様に適用される。この場合、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域は、第２の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域に対して水平方向にずれていてもよい。したがって、それぞれの垂直延在固化領域及び垂直延在構造要素をそれぞれ千鳥配置することが可能である。第１の垂直延在構造要素は、第１の造形材料層と少なくとも１つの第２の造形材料層との間に垂直に延びることができ、第２の垂直延在構造要素は、第２の造形材料層と少なくとも１つの第３の造形材料層との間に垂直に延びることができ、さらなる垂直延在構造要素は、第３の造形材料層と少なくとも１つのさらなる造形材料層との間で垂直に延びることができ、以下同様である。
【００３５】
それぞれの垂直延在構造要素は、階段状配置を生成するように隣接して配置されてもよく、ここで、それぞれの隣接して配置された垂直延在構造要素は、階段状配置の工程を表す。本明細書に記載の方法によって製造される三次元物体と同一又は異なる空間配向のそれぞれの階段状配置を協調的に導入することによって、三次元物体の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００３６】
上述のように、複数のそれぞれの垂直延在構造要素は、本明細書に記載された方法によって製造される三次元物体の断面にわたって均一又は不均一な分布で設けられてもよい。特に、それぞれの垂直延在構造要素は、互いに対して水平方向及び／又は垂直方向のずれを備えていてもよい。それぞれの水平方向及び／又は垂直方向のずれは、例えば、それぞれの垂直延在構造要素の水平方向及び／又は垂直方向に積み重ねられた配置を含み得る。
【００３７】
同様に、製造される三次元物体又は製造される三次元物体の断面それぞれにわたって、複数のそれぞれの階段状配置を均一又は不均一な分布で設けることができる。それぞれの階段状配置は、同じ又は異なる空間方向に向けられてもよい。すなわち、第１の階段状配置は、第１の空間方向、例えば三次元物体のｘ方向に向けられてもよく、第２の階段状配置は、第２の空間方向、例えば三次元物体のｙ方向に向けられてもよい。同じ又は異なる垂直方向延在部及び／又は同じ又は異なる空間的な向きを有するそれぞれの階段状配置を、製造される三次元物体に協調的に配置及び配向することによって、三次元物体の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００３８】
それぞれの垂直延在構造要素及びそれぞれの階段状配置の配置及び配向はまた、製造される三次元物体内に破断点構造を生成するために使用されてもよい。それぞれの生成破断点構造は、それぞれの垂直延在構造要素がその間に延在しない、すなわち少なくとも１つの垂直延在構造要素によって垂直に接続されていない造形材料層の間に生成される。
【００３９】
本発明は、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置のためのハードウェア及び／又はソフトウェア実施制御装置に関する。制御ユニットは、
−選択的に照射し、それによって固化させる第１の造形材料層の照射領域を照射し、それによって固化させるのを制御し、これによって第１の造形材料層の直上に配置される第２の造形材料層の、選択的に照射され、それによって固化させる少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置される照射領域の少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外され、
−第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域の上の領域にある第２の造形材料層の照射領域への照射を制御するように構成される。
【００４０】
制御ユニットは、特に、選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層の少なくとも１つの照射領域が、第１の造形材料層の直上に配置された、第２の造形材料層のうち、選択的に照射され、それによって固化される部分の少なくとも１つの照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むかどうかが決定されるように構成され得る。制御ユニットは、第１の造形材料層の照射領域への照射を制御するようにさらに構成されてもよく、それによって、第１の造形材料層の照射領域が、第２の造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域を含むと決定される場合、少なくとも１つの小領域は照射されて固化されることから除外される。制御ユニットは、第１の造形材料層の照射領域の少なくとも１つの小領域が固化されるように、第１の造形材料層の少なくとも１つの小領域の上の領域における第２の造形材料層の照射領域への照射を制御するようにさらに構成され得る。
【００４１】
本発明はさらに、少なくとも１つのエネルギービームによる連続的な層毎の選択的照射及び造形材料層の固化によって少なくとも１つの三次元物体を付加製造するための装置に関する。本装置は、本明細書で特定されるように少なくとも１つの制御ユニットを備えるか又はそれと接続される。
【００４２】
装置は、例えば、選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置であり得る。しかし、装置がバインダー噴射装置、特に例えば金属バインダー噴射装置であることも考えられる。
【００４３】
装置は、その動作中に操作可能であるか又は操作されるいくつかの機能及び／又は構造ユニットを含む。各機能ユニット及び／又は構造ユニットは、いくつかの機能副ユニット及び／又は構造副ユニットを含むことができる。例示的な機能ユニット及び／又は構造ユニットは、造形面に造形材料層を形成するように、装置の造形面に選択的に照射されかつ固化されるべき量の造形材料を塗布するように構成された造形材料塗布ユニット、少なくとも１つのエネルギービームを用いて造形材料層を選択的に照射し、それによって固化させるように構成された照射ユニット、及びそれぞれの制御ユニットである。
【００４４】
方法に関するすべての注釈は、制御ユニット及び／又は装置にも適用される。
【００４５】
本発明の例示的な実施形態は、図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】例示的な実施形態による三次元物体の付加製造のための装置の原理図を示す。
【図２】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図３】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図４】例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図を示す。
【図５】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図６】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図７】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図８】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図９】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１０】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１１】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【図１２】例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体の断面の原理図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、例示的な実施形態による、粉末状の造形材料４、例えば、少なくとも１つのエネルギービーム５によって固化可能な金属粉末の造形材料層３を連続的に層毎に選択的に照射しそして同時に固化させることによって三次元物体２、例えば、工業部品を付加製造するための装置１の例示的な実施形態の原理図を示す。エネルギービーム５は、例えば電子ビーム又はレーザービームであり得る。したがって、装置１は、例えば、選択的電子ビーム溶融装置、又は選択的レーザー溶融装置として具体化することができる。
【００４８】
装置１は、その動作中に操作可能であり操作されるいくつかの機能及び／又は構造ユニットを含む。各機能ユニット及び／又は構造ユニットは、いくつかの機能副ユニット及び／又は構造副ユニットを含むことができる。機能及び／又は構造ユニット及び装置１の動作はそれぞれ、ハードウェア及び／又はソフトウェアで具体化された（中央）制御ユニット６によって制御される。
【００４９】
装置１の例示的な機能及び／又は構造ユニットは、造形材料塗布ユニット７、照射ユニット８、及び運搬ユニット９である。
【００５０】
造形材料塗布ユニット７は、三次元物体２を付加製造する間に選択的に照射されかつ固化されるそれぞれの造形材料層３を生成するように、装置１の造形面に所定量の造形材料４を塗布するように構成される。造形材料塗布ユニット７は、例えばブレード状の再コーティング要素として具体化され得る造形材料塗布要素１０を含み得る。造形材料塗布要素１０は装置１のプロセスチャンバ１１内に移動可能に支持されている。造形材料塗布要素１０は、造形面に所定量の調整された造形材料４を塗布し、三次元物体２を付加製造する間に選択的に照射されかつ固化されるそれぞれの造形材料層３を生成するように、少なくとも造形面を横切って移動し得る。造形面ＢＰにおける造形材料４の塗布方向は、ｘ方向に対応する。造形面ＢＰを横切る造形材料塗布要素１０の例示的な動きは、二重矢印Ｐ１によって示される。造形材料塗布要素１０を移動させるための駆動力を発生させるように、駆動ユニット（図示せず）を造形材料塗布ユニット７に割り当てることができる。
【００５１】
照射ユニット８は、造形材料塗布ユニット７によって装置１の造形面に塗布されたそれぞれの造形材料層３を少なくとも１つのエネルギービーム５で選択的に照射し、それによって固化させるように構成される。照射ユニット８は、少なくとも１つのエネルギービーム５を生成するように構成されたビーム生成ユニット（図示せず）、及び少なくとも１つのエネルギービーム５を造形面内の様々な位置に偏向するように構成された偏向ユニット（図示せず）、例えば走査ユニットを含むことができる。
【００５２】
運搬ユニット９は、造形材料層３と付加製造される三次元物体２とを運搬するように構成されている。運搬ユニット９は、垂直方向（ｚ方向）に移動可能に支持された運搬要素１１（運搬テーブル）を備える。運搬要素１１の例示的な動きは、二重矢印Ｐ２によって示されている。運搬ユニット９に駆動ユニット（図示せず）を割り当てて、運搬要素１１を垂直方向の様々な位置に移動させるための駆動力を発生させることができる。
【００５３】
制御ユニット６は、装置１の各機能ユニット及び／又は構成ユニットの動作を制御することにより、三次元物体２を付加製造する方法を実現するように構成されている。装置１の各機能及び／又は構造ユニットの動作は、典型的には、造形材料塗布ユニット７、照射ユニット８、及び運搬ユニット９の動作を制御することを含む。
【００５４】
本方法の特徴的な段階は、例示的な実施形態による方法の特定の段階の原理図をそれぞれ示す図２〜図４を参照して以下に説明される。
【００５５】
方法の第１の工程によれば、エネルギービーム５によって選択的に照射され、それによって固化される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が照射及び固化される。それによって、第１の造形材料層３．１の直上に配置された第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の下に少なくとも部分的に配置された照射領域Ａ．１の少なくとも１つの小領域ＳＡ．１は照射されて固化されることから除外される。
【００５６】
所望により、垂直に直接隣接して配置された少なくとも２つの造形材料層３．１、３．２、すなわち、エネルギービーム５によって選択的に照射されそれによって固化される照射領域Ａ．１、Ａ．２を含み、それぞれ第２の造形材料層３．２の直下に垂直方向（ｚ方向）に配置された第１の造形材料層３．１、及び第１の造形材料層３．１の直上に垂直方向に配置された第２の造形材料層３．２について、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の下に配置される小領域ＳＡ．１を含むかどうかを決定してもよい。したがって、本方法は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第二造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含むかどうかを判定する判定工程を含むことができる（図２、３参照）。
【００５７】
この任意選択の決定は、三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され、それによって固化される必要があるそれぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域Ａ．１〜Ａ．ｎを含むデータに基づいてもよい。それぞれのデータは、付加製造される三次元物体２の造形データ及び／又はスライスデータであり得るか、又はそれらを含み得る。決定手段を具体化するハードウェア及び／又はソフトウェア１２（任意選択）は、第１の造形材料層３．１の少なくとも１つの照射領域Ａ．１〜Ａ．ｎが、第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２の下に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの小領域Ａ．１を含むかどうかを決定するように構成され、第２の造形材料層３．２を第１の造形材料層３．１の直上に配置して、本方法の任意選択の決定工程を実行するのに使用することができる。決定手段は、制御ユニット６の一部を構成してもよい。
【００５８】
任意選択の決定工程は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１を選択的に照射し、それによって固化させる前に行われてもよい。
【００５９】
図２〜図４は、第１の造形材料層３．１が実際には三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され固化される第１の造形材料層３であることを示しており、第１の造形材料層３．１は、三次元物体２を付加製造するために選択的に照射され固化される造形材料層３のスタック内の任意の層であり得る。
【００６０】
本方法の第２の工程によれば、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の照射が行われ、それによってその小領域が第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、照射されて固化されることから除外される。
【００６１】
本方法の第２の工程は、特に、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１が、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含むと決定される場合に実施することができ、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２が、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の直上に配置されていると決定される場合も同様である。
【００６２】
図２は、選択的に照射された後の第１の造形材料層３．１を示しており、固化部分は第１のハッチングで描かれている。
【００６３】
したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、その小領域ＳＡ．１が全く照射されないように照射から完全に除外されるか、又は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１が照射から完全には除外されず、小領域ＳＡ．１は照射されるが（少なくとも照射され、それによって固化される第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の残りの部分に関しては）まだ固化はされないかのどちらかであり、例えば、それは小領域ＳＡ．１を照射することは予備焼戻し、すなわち特に（完全）溶融を生じない予備焼戻しをもたらすだけだからである。言い換えれば、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の照射は、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１全体が固化されないように、しかし第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１が固化されないように実行される。したがって、この工程では、小領域ＳＡ．１へのエネルギー入力量は、小領域ＳＡ．１の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高くはない。したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１を照射した後、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１は固化部分を含み、固化部分は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を除外する照射領域Ａ．１の部分を含み、非固化部分は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の直下に配置された小領域ＳＡ．１を含む（図２参照）。
【００６４】
本方法の第３又はさらなる工程によれば、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２は、少なくとも第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上に配置された部分において照射され、それによって第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は照射され、それによって固化される。言い換えれば、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２は、少なくとも第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上の部分において、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１が照射され、それによって固化されるように照射される。したがって、この工程では、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１に入力されるエネルギー量は、小領域ＳＡ．１の（所望の）固化が行われるのに十分なほど高い。したがって、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１は、第１の造形材料層３．１を選択的に照射するときではなく、第２の造形材料層３．２を選択的に照射するときに照射されて固化される。もちろん、第２の造形材料層の照射領域Ａ．２の照射はまた、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１の上に配置されていない第２の造形材料層３．２の照射領域の部分を照射及び固化させることを含み得る。したがって、第２の造形材料層３．２を選択的に照射した後、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２を完全に固化させることができる。
【００６５】
図３は、選択的に照射された後の第２の造形材料層３．２を示しており、固化部分は第２のハッチングで描かれている。図３から明らかなように、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２も少なくとも１つのそれぞれの小領域ＳＡ．２を含むことができる。
【００６６】
図４から明らかなように、原理はまた、互いの直上に配置されている３つ以上の造形材料層３．１〜３．ｎに拡張されてもよい。したがって、第２の造形材料層３．２の少なくとも１つの照射領域Ａ．２が、第２の造形材料層３．２の直上に配置された第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３の下に配置された少なくとも１つの小領域ＳＡ．２を含むかどうかを所望により決定してもよい。第２の造形材料層３．２が、第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３の下に配置される照射領域Ａ．２を含むと決定される場合、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２が照射され、それにより少なくとも１つの小領域ＳＡ．２は照射されて固化されることから除外される。次に、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．２の上の部分において、第３又はさらなる造形材料層３．３の照射領域Ａ．３が照射され、それにより第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．２が固化される。
【００６７】
図４は、選択的に照射された後の第１の造形材料層３．３を示しており、固化部分は第３のハッチングで描かれている。図４から明らかなように、第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．３も少なくとも１つのそれぞれの小領域ＳＡ．３を含むことができる。
【００６８】
上部造形材料層の照射領域Ａ．１〜Ａ．３の下に配置された少なくとも１つのそれぞれの特定の小領域ＳＡ．１〜ＳＡ．３は、例えば、下部造形材料層３の照射領域Ａが少なくとも１つの小領域ＳＡ、特に上部造形材料の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された複数の小領域を含むと決定される場合、（上部造形材料層の照射領域の下に少なくとも部分的に配置された下部造形材料層のそれぞれの照射領域の複数のそれぞれの小領域ＳＡ．１〜ＳＡ．３から）選択することができる。この場合、下部造形材料層３の照射領域Ａが照射され、それによって固化され、それによって少なくとも１つの選択された小領域ＳＡが照射されて固化されることから除外される。適切な、特に事前定義済み又は事前定義可能、特にユーザ定義可能な選択規則、例えば選択アルゴリズムに実装された規則が、それぞれの小領域を選択するために使用されてもよい。選択規則は、付加製造される三次元の事前定義済み又は事前定義可能な、特にユーザ定義可能な構造的特性を指すことができる。
【００６９】
第１の造形材料層３．１のそれぞれの小領域ＳＡ．１の上、特に第１の造形材料層３．１の１つ又は少なくとも１つの選択された小領域ＳＡ．１の上に配置された第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の一部は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域と見なされるか示され得る。
【００７０】
この場合、第１の造形材料層３．１の小領域ＳＡ．１の上、特に第１の造形材料層３．１の少なくとも１つの選択された小領域ＳＡ．１の上に配置された第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の少なくとも１つの特別な領域は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の残りの部分を照射するために適用される基準照射パラメータセットと比較して異なる照射パラメータセットで照射されてもよい。異なる照射パラメータセットは、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２のそれぞれの特別な領域へのより高いエネルギー入力をもたらし得る。第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域へのより高いエネルギー入力は、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特定の領域が、第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１と固化することをもたらす。これにより、典型的には、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域の一部、及び第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１を少なくとも含む垂直延在固化領域を生成することができ、及び／又は第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域及び第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１を少なくとも備える垂直延在構造要素１３を生成することができる。
【００７１】
第２の造形材料層３．２、特に第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域を照射するために使用される照射パラメータセットを調整又は変更することは、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２を照射する間に（その場で）行われるか、又は、最初に第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域を除外して、第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の残りの部分だけが設定された基準照射パラメータに基づいて照射され、次いで第１の造形材料層３．１の照射領域Ａ．１の少なくとも１つの（選択された）小領域ＳＡ．１の上の第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．２の特別な領域が、異なる照射パラメータセットに基づいて別々に照射される。
【００７２】
したがって、第１の造形材料層３．１又は第２の造形材料層３．２照射領域の小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２がそれぞれ照射され、それによって固化されるように、第２の造形材料層３．２又は第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．２、Ａ．３を、少なくとも第１の造形材料層３．１又は第２の造形材料層３．２の照射領域Ａ．１の小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の上の部分にそれぞれ照射することによって、付加製造される三次元物体２の構造的特性、特に機械的特性を協調的に調整することを可能にする、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直に延びる棒状、竿状、柱状、板状又は隆起状の垂直延在構造要素１３が造形され得る。特に、それぞれの構造要素３１は、付加製造される三次元物体２の異方性構造特性を低下させるが、付加製造される三次元物体２の等方性特性を増加させる。図２〜図５から明らかなように、複数のそれぞれの構造要素１３を造形又は生成することができる。
【００７３】
したがって、第２の造形材料層３．２又は第３の造形材料層３．３の照射領域Ａ．２、Ａ．３をそれぞれ照射することによって、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直方向に延びる垂直延在固化領域、すなわち、特に、少なくとも２つの造形材料層３．１〜３．３を横切って垂直方向に延びる垂直延在溶融プールが生成され、これは少なくともそれぞれの上部造形材料層３．２、３．３の照射領域Ａ．１〜Ａ．２の照射領域の部分と共に、それぞれの下部造形材料層３．１、３．２の少なくとも１つの小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２を含み、言い換えれば、それぞれの上部造形材料層３．２、３．３の照射領域Ａ．１、Ａ．２のそれぞれの部分を照射するとき、それらの部分はそれぞれの下部造形材料層３．１、３．２のそれぞれの小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の上に配置され、上下の造形材料層３．１〜３．３の両方を取り囲むように垂直方向に延在固化領域、すなわち特に溶融プールが造形又は生成される。したがって、それぞれの固化領域は、典型的には、１つより多い造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって延びる。
【００７４】
固化された後、すなわち典型的には造形材料特有の固化温度より下、すなわち典型的には造形材料４の溶融温度に冷却された後、それぞれの固化領域は少なくとも１つの垂直延在構造要素１３を造形又は生成することができる。結果として、それぞれの垂直延在構造要素１３は、１つより多い造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、特に少なくとも１つと半分の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の厚さにわたって延びる。図から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素１３は、１つより多い造形材料層３．１〜３．３、特に少なくとも１と半分の造形材料層３．１〜３．３、好ましくは２つ以上の造形材料層３．１〜３．３の層厚の合計の垂直方向延在部を含むことができる。
【００７５】
上記から明らかでありまた図から明らかであるように、それぞれの垂直延在構造要素１３は造形方向に延在する。
【００７６】
図５〜図１２は、それぞれ例示的な実施形態による方法によって付加製造された三次元物体２の例示的な断面の原理図を示しており、製造される三次元物体２の断面にわたって均一又は不均一な分布で複数のそれぞれの垂直延在構造要素１３を設けることができることを特に示す。これらの図から明らかなように、それぞれの垂直延在構造要素１３は、製造される三次元物体２の少なくとも１つの共通の水平面及び／又は異なる水平面内に均一又は不均一分布で設けられてもよい。
【００７７】
物体２は、垂直方向に積み重ねられた固化水平方向造形材料層３から造形されるだけでなく、垂直方向に延びるそれぞれの構造要素１３も含むので、三次元物体２にそれぞれの垂直延在構造要素１３を導入することによって、付加製造される三次元物体２は、改善された構造特性、特に等方性特性を有する。
【００７８】
それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために、特別な照射パラメータセットを使用することが可能である。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために、残りの部分、すなわちそれぞれの下部造形材料層３．１、３．２に関して、それぞれの（選択された）小領域を含まない照射領域Ａ．１、Ａ．２の部分、及びそれぞれの上部造形材料層３．２、３．３に関して、下部造形材料層３．１、３．２の照射領域Ａ．１、Ａ．２のそれぞれの（選択された）小領域の上に配置されていない部分を照射するために使用される基準照射パラメータセットとは異なる照射パラメータセットを使用することができる。それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、それぞれの下部造形材料層３．１、３．２のそれぞれの照射領域の（選択された）小領域への上述の大量のエネルギー入力を可能にし、したがってそれぞれの下部造形材料層の照射領域Ａ．１、Ａ．２の（選択された）小領域ＳＡ．１、ＳＡ．２の（所望の）固化が行われるのを可能にする照射パラメータを含む。したがって、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、典型的には、基準照射パラメータセットと比較して造形材料層３．１〜３．ｎへのより高い（垂直）エネルギー入力をもたらす。それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、基準照射パラメータセットと比較して、例えば異なる、すなわち典型的にはより高いビームパワー、（より高い）ビーム強度、異なる（垂直）焦点位置、異なる焦点スポットサイズなどを含み得る。
【００７９】
図５〜図１１から明らかなように、三次元物体２全体に均一又は不均一に分布する複数のそれぞれの構造要素１３を造形又は生成することができる。
【００８０】
図５は、垂直延在構造要素１３の第１群が第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に延び、垂直延在構造要素１３の第２群が第２の造形材料層３．２と第３の造形材料層３．３との間に延びる、例示的な均一の配置における垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。図５はまた、それぞれの垂直延在構造要素１３が互いに水平方向にずれていてもよいことを示している。また、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向のずれも可能である。
【００８１】
図６は、垂直延在構造要素１３の第１群が第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に延び、垂直延在構造要素１３の第２群が第２の造形材料層３．２、第３の造形材料層３．３、及び第４の造形材料層３．４との間に延びる、例示的な均一の配置における垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。したがって、図６は、３つ以上の造形材料層にわたって延びる垂直延在構造要素１３を示す。図６はまた、それぞれの垂直延在構造要素１３が互いに水平方向にずれていてもよいことを示している。また、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向のずれも可能である。
【００８２】
図７は、それぞれの垂直延在構造要素１３が垂直方向に隣接してずれていて、それぞれの垂直延在構造要素１３の垂直方向に積み重ねられた配置をもたらす実施形態を示す。
【００８３】
いずれの場合も、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために使用される照射パラメータセットは、垂直延在構造要素１３がそれぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの照射部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有するように選択され得る。このようにして、付加製造される三次元物体２は、複合材料様の構造特性を備えることができ、それによってそれぞれの垂直延在構造要素１３は、造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの部分によって表される基部材料構造内に延びる強化構造を表す。
【００８４】
図８は、それぞれの造形材料層３．１〜３．ｎのそれぞれの照射領域の残りの照射部分の他の固化領域と比べて異なる構造特性、特に機械的特性を有する垂直延在構造要素１３のそれぞれの例示的な実施形態を示す。言い換えれば、それぞれの垂直延在構造要素１３は、それらの構造的特性、特に機械的特性において異なり、これは、それぞれの垂直延在構造要素１３を生成するために用いられる異なる照射パラメータから生じる。それぞれの垂直延在構造要素１３の異なる構造特性は、図８において異なるハッチングで示されている。
【００８５】
図９は、千鳥配置の各垂直延在構造要素１３の例示的な実施形態を示す。第１の垂直延在構造要素１３は、第１の造形材料層３．１と第２の造形材料層３．２との間に垂直に延び、第２の垂直延在構造要素１３は、第２の造形材料層３．２と第３の造形材料層３．３との間に垂直に延び、第４の垂直延在構造要素１３は、第３の造形材料層３．３と第４の造形材料層３．４との間で垂直に延び、以下同様である。
【００８６】
図９及び図１０の例示的な実施形態において、図１０は図９に対応する上面図であり、それぞれの垂直延在構造要素１３は、階段状配置１４を生成するように隣接して配置され、ここで、それぞれの隣接して配置された垂直延在構造要素１３は、階段状配置１４の工程を表す（図９参照）。
【００８７】
図１０及び図１１の実施形態は、製造される三次元物体２において同一又は異なる空間配向のそれぞれの階段状配置１４を協調的に導入することによって、三次元物体２の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられることを示している。
【００８８】
図１１の実施形態から明らかなように、製造される三次元物体２の断面にわたって、複数のそれぞれの階段状配置１４を均一又は不均一な分布で設けることができる。それぞれの階段状配置１４は、同じ又は異なる空間方向に向けられてもよい。すなわち、第１の階段状配置１４は、第１の空間方向、例えば三次元物体２のｘ方向に向けられてもよく、第２の階段状配置１４は、第２の空間方向、例えば三次元物体２のｙ方向に向けられてもよい。同じ又は異なる垂直方向延在部及び／又は同じ又は異なる空間的な向きを有するそれぞれの階段状配置１４を、製造される三次元物体２に協調的に配置及び配向することによって、三次元物体２の等方性特性を協調的に制御するための手段が与えられる。
【００８９】
図１２は、それぞれの垂直延在構造要素１３及びそれぞれの階段状配置１４の配置及び配向が、製造される三次元物体２内に破断点構造を１５生成するためにも使用されてもよいことを示す、例示的な実施形態を示している。図１１から明らかなように、それぞれの生成破断点構造１５は、それぞれの垂直延在構造要素１３がその間に延在しない、すなわち少なくとも１つの垂直延在構造要素１３によって垂直に接続されていない造形材料層の間に生成される。
【００９０】
特定の実施形態に関連して明示された１つ又は複数の特徴は、少なくとも１つのさらなる実施形態に関連して明示された１つ又は複数の特徴と組み合わせることができる。
【００９１】
本発明の更なる態様が、以下の段落に記載の特許発明の対象によって与えられる。
【００９２】
本発明の第１の追加的態様は、本発明に係る方法において、階段状配置（１４）を生成するように隣接して配置された垂直延在構造要素（１３）が更に造形される、方法である。
【００９３】
本発明の第２の追加的態様は、本発明に係る方法において、前記三次元物体（２）全体にわたって均一又は不均一に分布する複数の階段状配置（１４）が更に生成される、方法である。
【００９４】
本発明の第３の追加的態様は、本発明に係る方法において、それぞれの垂直延在構造要素（１３）であって、それぞれの前記造形材料層（３）の層厚の合計の垂直方向延在部を有し、かつ前記造形材料層（３）を通って垂直方向に延びる垂直延在構造要素（１３）が更に生成される、方法である。
【００９５】
本発明の第４の追加的態様は、本発明に係る方法において、それぞれの垂直延在構造要素（１３）及び／又は階段状配置（１４）が、付加製造される前記三次元物体（２）の構造特性、特に機械的特性、を協調的に調整するように配置される、方法である。
【外国語明細書】
2020023160000001.pdf