(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ワークピース（１２）を製造する方法であって、
粉末塗布手段（１６）によってキャリア（１４）上に原材料粉末（１８）を塗布する工程と、
前記キャリア（１４）上に塗布された原材料粉末（１８）を照射手段（２０）によって電磁放射線又は粒子放射線（２２）で照射する工程と、
前記ワークピース（１２）の表面上又は内部に情報コードパターン（３６）を生成するように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程とを有し、前記情報コードパターン（３６）が前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）によって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、前記微細構造（３４）を定義している、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターが、第一の情報コードの状態又は値（黒）と第二の情報コードの状態又は値（白）によって示されている前記情報コードに基づく第一の状態又は値（３４ａ）と第二の状態又は値（３４ｂ）に設定されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有し、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）が前記第一の情報コードの状態／値（黒）に一致し、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）が前記第二の情報コードの状態／値（白）に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）と前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）がそれぞれ、
前記微細構造内の第一の材料の組成又は第一の材料の分布と前記微細構造内の第二の材料の組成又は第二の材料の分布、
比較的粗いグレインサイズと比較的細かいグレインサイズ、
実質的に指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャと実質的に多結晶状及び／又は実質的に球状晶子のテクスチャ、
異方性のテクスチャと等方性のテクスチャ、
造形方向に関する異方性のテクスチャの第一の空間的方向と造形方向に関する異方性のテクスチャの第二の空間的方向、
の少なくともいずれかによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）と前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）がそれぞれ、
機械的特性の第一の値と機械的特性の第二の値、
電気的特性の第一の値と電気的特性の第二の値、
熱的特性の第一の値と熱的特性の第二の値、
磁気的特性の第一の値と磁気的特性の第二の値、
化学的特性の第一の値と化学的特性の第二の値、
の少なくともいずれかによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）が前記ワークピース（１２）の第一の空間的部分（３５ａ）に配置され又は制限され、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）が前記ワークピース（１２）の第二の空間的部分（３５ｂ）に配置され又は制限されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有し、前記第一と第二の部分（３５ａ、３５ｂ）は空間的な共通部を持たないことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記情報コードパターン（３６）が、ＱＲコード（登録商標）のような二次元マトリックスコード及び／又は一次元バーコード（３６）を形成するように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）がグレインのサイズ、グレインのモルホロジー及び微細構造のテクスチャの少なくとも一つによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御する工程を有し、グレインのモルホロジー及び／又は微細構造（３４）のテクスチャが、実質的に指向的／樹脂状晶的に凝固されたグレインのモルホロジー、実質的に多結晶状のグレインのモルホロジー、実質的に球状晶子のグレインのモルホロジー、異方性のテクスチャ、等方性のテクスチャ、及び造形方向に関する異方性のテクスチャの空間的な方向のうちの少なくとも一つによって定義されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
三次元ワークピース（１２）を製造する装置（１０）であって、
キャリア（１４）と、
前記キャリア（１４）上に原材料粉末（１８）を塗布する粉末塗布手段（１６）と、
前記キャリア（１４）上に塗布された原材料粉末（１８）を電磁放射線又は粒子放射線（２２）で照射する照射手段（２０）と、
前記ワークピース（１２）の表面上又は内部に情報コードパターン（３６）を生成するように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成された制御手段（２８）とを有し、
前記情報コードパターン（３６）が前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）によって形成されるものであることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記制御部（２８）は、前記微細構造（３４）を定義している、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターが、第一の情報コードの状態又は値（黒）と第二の情報コードの状態又は値（白）によって示されている前記情報コードに基づく第一の状態又は値（３４ａ）と第二の状態又は値（３４ｂ）に設定されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成され、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）が前記第一の情報コードの状態／値（黒）に一致し、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）が前記第二の情報コードの状態／値（白）に一致することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御部（２８）は、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）と前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）がそれぞれ、
前記微細構造内の第一の材料の組成又は第一の材料の分布と前記微細構造内の第二の材料の組成又は第二の材料の分布、
比較的粗いグレインサイズと比較的細かいグレインサイズ、
実質的に指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャと実質的に多結晶状及び／又は実質的に球状晶子のテクスチャ、
異方性のテクスチャと等方性のテクスチャ、
造形方向に関する異方性のテクスチャの第一の空間的方向と造形方向に関する異方性のテクスチャの第二の空間的方向、
の少なくともいずれかによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成されたものであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御部（２８）は、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）と前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）がそれぞれ、
機械的特性の第一の値と機械的特性の第二の値、
電気的特性の第一の値と電気的特性の第二の値、
熱的特性の第一の値と熱的特性の第二の値、
磁気的特性の第一の値と磁気的特性の第二の値、
化学的特性の第一の値と化学的特性の第二の値、
の少なくともいずれかによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成されたものであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御部（２８）は、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第一の状態／値（３４ａ）が前記ワークピース（１２）の第一の空間的部分（３５ａ）に配置され又は制限され、前記特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの前記第二の状態／値（３４ｂ）が前記ワークピース（１２）の第二の空間的部分（３５ｂ）に配置され又は制限されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成されたものであり、前記第一と第二の部分（３５ａ、３５ｂ）は空間的な共通部を持たなことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御部（２８）は、前記情報コードパターン（３６）が、ＱＲコード（登録商標）のような二次元マトリックスコード及び／又は一次元バーコード（３６）を形成するように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成されたものであることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御部（２８）は、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）が、グレインのサイズ、グレインのモルホロジー及び微細構造のテクスチャの少なくとも一つによって定義されるように、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）を適合させるように、前記粉末塗布手段（１６）と前記照射手段（２０）の動作を制御するよう構成されたものであり、グレインのモルホロジー及び／又は微細構造（３４）のテクスチャが実質的に指向的／樹脂状晶的に凝固されたグレインのモルホロジー、実質的に多結晶状のグレインのモルホロジー、実質的に球状晶子のグレインのモルホロジー、異方性のテクスチャ、等方性のテクスチャ、及び造形方向に関する異方性のテクスチャの空間的な方向のうちの少なくとも一つによって定義されることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
原材料粉末（１８）の複数の層を電磁放射線又は粒子放射線（２２）で照射することにより製造する三次元ワークピースであって、前記ワークピース（１２）の微細構造（３４）によって形成された情報コードパターン（３６）が前記ワークピース（１２）に示されているものであることを特徴とする三次元ワークピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報コードを含む三次元ワークピースの製造方法及び装置に関する。更に、本発明は、情報コードを含む三次元ワークピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー選択溶融又はレーザー選択焼結は、累積的に階層化する方法であり、粉末の、特に、金属及び／又はセラミックの原材料を複雑な形状の三次元ワークピースに加工することができる。そのために、原材料粉末の層をキャリア上へ塗布し、製造されるワークピースの所望の形状に依存する位置選択的方法でレーザー放射させる。粉末の層を貫通するレーザー放射によって、原材料粉末粒子を加熱し、その結果溶融又は焼結が生じる。その後、ワークピースが所望の形状及びサイズを有するまで、原材料粉末の複数の層が、レーザー処理がすでに行われたキャリア上の層に、連続的に塗布される。レーザー選択溶融又はレーザー選択焼結は、特に、ＣＡＤデータに基づいて、試作品、工具、交換部品又は医療人工器官、例えば歯科又は整形外科用の人工器官などの製造のために使用され得る。レーザー照射の代わりに、他の適切な電磁放射線又は粒子放射線も使用され得る。
【０００３】
一般的に、品質管理、追跡、及び／又は照合の理由により、製造されたワークピースには例えば情報コードのようなある種の情報が設定されることが望ましい。通常、第一の製造方法段階で、ワークピースの製造が完了し、その後、第二の後製造方法段階で完成したワークピースに情報コードを例えば、印刷、刻印、又は捺印することによって、情報コードが設定される。これらの時間的に分離された二つの方法段階は、製造過程での時間の浪費を生ずる。
【０００４】
その代わりに、製造過程で情報コードがワークピースに設定されてもよい。例えば、ＤＥ  １０  ２００９  ０４３  ３１７  Ａ１号公報には、三次元の記号コードを具備する三次元ワークピースの製造が提案されており、その中で原材料粉末は、三次元の記号コードがワークピースの表面と異なった複数の区域（高さ及び深さ）を有する複数の成分によって生成されるように凝固される。しかしながら、これによりワークピース表面又は内部に複数の空洞を生じ、それによりワークピースの機械的な安定性を損う。
【０００５】
ＷＯ  ２００５／０９９６３５  Ａ１号公報には、自由形状固体製作システムにおいて、同定が可能な複数の構造体を形成することが提案されており、その中では、造形材料とコントラスト増強材料が供給されて、三次元ワークピースが造形材料から製造される間に、同定が可能な構造体がコントラスト増強材料の複数の層から製作される。従って、二つの異なった種類の材料が必須であり、製造プロセスを複雑にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、情報コードを含む安定な三次元ワークピースを簡単な方法で製造することが可能な方法と装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、簡単な方法で製造されることができる、情報コードを含む安定な三次元ワークピースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の方法、請求項８に記載の装置、及び請求項１５に記載のワークピースによって達成される。
【０００８】
三次元ワークピースの製造方法は、原材料粉末を粉末塗布手段によってキャリア上に塗布する複数の工程を有している。原材料粉末は、金属、ポリマー、セラミック、及び／又は混成の材料粉末であり得る。特に、原材料粉末はステンレス鋼、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及び／又はニッケル（Ｎｉ）の粉末であり得る。例えば、原材料粉末は、Ｃが０．０２［％］、Ｃｒが１７［％］、Ｎｉが１０．５［％］、及びＭｏが２．３［％］、残りがＦｅの公称の化学的組成（重量％）を有していてよい。粒子の大きさ、特に、原材料粉末の平均的な粒子の大きさは１００［μｍ］未満であってよく、好ましくは約４０［μｍ］であり得る。キャリアは、周囲の雰囲気に対して封止可能なプロセスチャンバー内に配置されることができ、しっかりと固定されたキャリアであってよい。しかしながら、好ましくは、ワークピースが原材料粉末から層状に積み上げられる際、そのワークピースの製造高さが増すにつれて、キャリアが垂直方向における下方向に移動させられるように、キャリアが垂直方向に変位可能に設計される。粉末塗布手段は、例えばＥＰ  ２  ２０２  ０１６  Ｂ１に記載されているように設計され得るが、クラッディング（被覆）プロセス、特にレーザークラッディングプロセスにおいて典型的に使用されるようなノズルを有していてよい。
【０００９】
キャリア上に塗布された原材料粉末は、照射手段によって電磁放射線又は粒子放射線で照射される。特に、キャリア上に塗布された原材料粉末は、製造されるワークピースの所望の形状に依存する位置選択的な方法で電磁放射線又は粒子放射線を放射される。しかしながら、クラッディングプロセス、特にレーザークラッディングプロセスをワークピースを製造するために使用することも考えられる。照射手段は、好ましくは原材料粉末粒子の位置選択的な溶融を引き起こす放射線を原材料粉末上へ照射するように適合され、少なくとも一つの放射源、特にレーザー光源と、放射源によって放射された放射ビームを誘導し、及び／又は加工処理する少なくとも一つの光学部を有していてよい。
【００１０】
放射源は約１０７０から１０８０［ｎｍ］の波長のレーザー光を放射するダイオード励起イッテルビウムファイバーレーザーを有し得る。光学部は、例えば、対物レンズ、特にｆ−θレンズ、及びスキャナ部のような光学要素を有していてよく、スキャナ部は回折光学素子と屈折鏡を有することが好ましい。例えば、照射手段はＥＰ  ２  ３３５  ８４８  Ａ１に記載されたような照射手段であり得る。照射手段は複数の放射源を使用してもよい。例えば、複数の放射源、特に異なる公称パワーのレーザー光源が、ワークピースの性質の異なる複数の領域の原材料粉末を加工処理する間の凝固メカニズムを変えるために使用され得る。
【００１１】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、ワークピースの表面上又は内部に情報コードパターンを生成するように、例えば、適切な好ましい電子制御部によって制御され、その情報コードパターンはワークピースの微細構造によって形成される。換言すれば、粉末塗布手段と照射手段の動作は、ワークピースの微細構造を、ワークピースの表面上又は内部に情報コードパターンを生成するために特に場所的に適合させるように制御される。その結果として、ワークピースの表面上又は内部に含まれる情報コードは、ワークピース自体の微細構造によって実現される。これにより、ワークピースの機械的な安定性を損なう可能性のあるワークピース表面又は内部の空洞を必ず生成することはなく、情報コードが実現されることができる。これにより、情報コードを含む安定なワークピースの製造が可能になる。模倣のできない構成情報の組み込みが実現され得る。許可されていない複製を防ぐことができる。このように、個々のワークピースの証明と追跡が可能である。以上のように、本発明は、肉眼検査によっては視認できない製造証明マーカー（印）を導入し読み取る方法を提供することによって、模倣品についての拡張された製造技術によって容易に複製されることを克服することができる。
【００１２】
さらに結果として、ワークピースに情報コードを設けるために、一種類の原材料粉末、すなわち、ワークピースを製造するためにどうしても必要な原材料粉末を供給することが必須なだけである。公知技術とは対照的に、追加的なコントラスト増強材料のような、二種類目の原材料粉末は必要ではない。これにより、情報コードを含むワークピースを簡単な方法で製造することが可能になる。
【００１３】
ワークピースの微細構造は、微細構造に含まれるグレインのサイズ、微細構造のグレインのモルホロジー、及び微細構造のテクスチャの少なくとも一つによって定義され得る。微細構造のグレインのモルホロジー、及び／又はテクスチャは、実質的に指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャ、実質的に多結晶状のテクスチャ、実質的に球状晶子のテクスチャ、異方性のテクスチャ、等方性のテクスチャ、及び造形方向に関する異方性のテクスチャの空間的方向の少なくとも一つによって定義され得る。それに加えて又はそれに代えて、微細構造のグレインのモルホロジー、及び／又は微細構造のテクスチャは、実質的に指向的／樹脂状晶的に凝固されたグレインのモルホロジー、実質的に多結晶状のグレインのモルホロジー、実質的に球状晶子のグレインのモルホロジーの少なくとも一つによって定義され得る。
【００１４】
情報コードは、製造年月日、製造場所、製造方法、製造装置、生産者、会社、製造シリーズ、製造番号、ワークピースの証明、目的等を表示し得る。情報コードは自動的に生成され得る。その代わりに、情報コードは入力手段によって入力される情報に基づいて生成されてもよい。入力情報は、例えば、文字、単語、数字等であり得る。例えば、制御部は入力情報を符号化体系を用いることにより情報コードに変換するように構成され得る。符号化体系は、入力された情報を二次元マトリックスコード（例えばＱＲコード（登録商標））又は一次元バーコード等に符号化する体系のような、どのような公知の符号化体系であってもよい。
【００１５】
情報コードは、第一の情報コードの状態又は値と少なくとも一つの第二の情報コードの状態又は値で示されることができ、第一の情報コードの状態／値と第二の情報コードの状態／値は異なっており、それにより区別可能である。第一の情報コードの状態／値と第二の情報コードの状態／値は、例えば、０と１、又は黒と白、又は０から１０の全ての整数、又は全てのローマ字等であり得る。
【００１６】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターが、情報コードに基づく、第一の状態又は値と少なくとも一つの第二の状態又は値に設定されるように、累積的な造形方法によって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御され、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値が第一の情報コードの状態／値に一致し、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの少なくとも一つの第二の状態／値が少なくとも一つの第二の情報コードの状態／値に一致する。第一の状態／値と第二の状態／値は異なっており、それにより区別可能である。
【００１７】
その結果として、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一及び第二の状態／値は、情報コードパターンを、すなわち、ワークピースの表面上又は内部の情報コードパターンに第一及び第二の情報コードの状態／値をマッピングすることによって、形成し得る。このようにして、情報コードパターンは、ワークピースの微細構造に情報コードをマッピングすることで表すことができる。これによって、上記の方法により、情報コードパターン内に符号化された任意の情報を、製造されたワークピースに設けることが可能になる。さらに、情報コードパターンは物理的に決定可能な微細構造パラメーターによって符号化されているので、情報コードパターンとそれによる情報コードは、ワークピースから、すなわち適切な測定技術を使用して、情報コードパターンを形成している、物理的に決定可能な微細構造パラメーターの複数の状態／値を決定することによって、読み取り可能である。例えば、粉末塗布手段と照射手段の動作は、微細構造及び／又はその機械的特性が、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）及び／又は硬度測定によって決定可能であるように制御され得る。電磁特性の場所的な相違を読み取るための渦電流技術の適用も考えられる。
【００１８】
微細構造を定義している、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターは、例えば、微細構造の材料の組成又は分布、微細構造に含まれるグレインのサイズ、グレインのモルホロジー、テクスチャ、（原材料粉末が複数の層に積み上げられる際に沿う）造形方向に関する異方性のテクスチャの空間的方向、強度、靭性、延性、硬度又は摩耗耐性のような機械的な特性、熱伝導性のような熱的特性、オーミック抵抗又は誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）のような電気的特性、透磁率又は誘電率（ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）のような磁気的特性、及び／又は腐食耐性又は化学的反応性のような化学的特性であり得る。これらの物理的な測定の少なくとも幾つかの結果として、記された微細構造及び／又は情報コードパターンは、例えば渦電流の方法論によって非破壊で可視化されることができる。
【００１９】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、例えば、微細構造内の第一の材料の組成又は第一の材料の分布と微細構造内の第二の材料の組成又は第二の材料の分布によって定義されるように、累積的な造形方法によって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御され得る。第一及び第二の材料の組成又は第一及び第二の材料の分布は、ワークピースの異なった領域に、異なった種類の、例えば合金相、沈着物を生成するように粉末塗布手段と照射手段の動作を適切に制御することによって生成され得る。
【００２０】
それに加え又はその代わりに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、比較的粗いグレインサイズと比較的細かいグレインサイズによって定義され得る。比較的粗いグレインサイズは、約１００［μｍ］、約３００［μｍ］、又は約５００［μｍ］を超える大きさであってよい。さらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値は、実質的に単結晶の微細構造、すなわち、グレインの境界を有していない微細構造によって定義され得る。比較的細かいグレインサイズは、約１００［μｍ］、又は約５０［μｍ］未満の大きさであり得る。
【００２１】
さらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、実質的に指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャと実質的に多結晶状及び／又は実質的に球状晶子のテクスチャによって定義され得る。指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャは、グレインの境界を有していない、実質的に単結晶の微細構造であり得るが、所望の配向を持つ複数のグレインの間のグレインの境界を有する微細構造、すなわち、複数のグレインの境界が所望の方向に相互に実質的に平行に延伸している微細構造でもよい。そのような微細構造は、典型的には、金属溶融物の指向的な凝固によって得られる。
【００２２】
さらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値が、他方の異方性のテクスチャと等方性のテクスチャ、及び／又は、造形方向に関する異方性のテクスチャの第一の空間的方向と造形方向に関する異方性のテクスチャの第二の空間的方向によって定義され得る。
【００２３】
前述の第一及び第二の状態／値の様々な例は、例えば顕微鏡によって、又は顕微鏡を通して観察される時に、光学的に相互に異なっている。これにより、これらの第一及び第二の状態／値よって定義される情報コードパターンは、光学的測定技術によって光学的に読み取り可能である。よれ故に、光学的に、その結果非破壊で、情報コードの特定が可能となる。
【００２４】
特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値を形成するようにワークピースの微細構造を適合させるために、粉末塗布手段と照射手段の動作は、照射され、それにより溶融された原材料粉末の結晶化の挙動に依存して制御され得る。溶融物、特に金属溶融物の結晶化の挙動は、例えば所謂ｖ−Ｇダイヤグラムによって表され、その中では、凝固又は結晶成長の速度ｖは温度勾配Ｇに対して、典型的には両対数スケールでプロットされる。ｖ−Ｇダイヤグラムは、公知技術として良く知られており、例えば、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６５巻、１９８４年、７５〜８３ページに掲載のＪ．Ｄ．Ｈｕｎｔによる「樹枝状晶と共晶の定常状態の柱状及び等軸成長」とのタイトルの刊行物中に記載されているように、所望の材料に対して測定又は計算され得る。ｖ−Ｇダイヤグラムにおいては、ｖ−Ｇの組み合わせの異なった領域は、凝固された溶融物の異なった微細構造的特性に関連付けられている。例えば、高い凝固又は結晶成長速度と低い温度勾配では、多結晶及び／又は球状晶子の微細構造になり、一方、高い温度勾配による溶融物の（局所的な）冷却不足と結びついた低い凝固又は結晶成長速度では、単結晶と複数の樹枝状晶及び／又は指向的／樹枝状晶的に凝固された微細構造を形成する。
【００２５】
累積的に階層化する方法によって製造される三次元ワークピースの微細構造を効率的に適合させるために制御され得る照射手段の複数の動作パラメーターは、キャリア上に塗布された原材料粉末に照射される放射ビームの（約２００［μｍ］、５００［μｍ］、７００［μ］又はそれらを超えるような）ビームサイズ、キャリア上に塗布された原材料粉末に照射される放射ビームの（ガウシャンプロファイル又は高帽状プロファイルのような）ビームプロファイル、キャリア上に塗布された原材料粉末に照射される放射ビームの（約５００［ｍｍ／秒］のような）スキャンスピード、放射ビームがキャリア上に塗布された原材料粉末に照射される際に従うスキャンパターン、放射ビームが原材料粉末上に誘導される際に沿う（約１［ｍｍ］未満のハッチ距離のような）ハッチ間の距離、（２０００［Ｗ］未満、例えば４００［Ｗ］又は１０００［Ｗ］の出力パワーのような）放射源の出力パワー、キャリア上に塗布された原材料粉末に照射される放射ビームの強度又はエネルギーであってよい。累積的に階層化する方法によって製造される三次元ワークピースの微細構造を効率的に適合させるために制御され得る粉末塗布手段の複数の動作パラメーターは、キャリア上に塗布された原材料粉末の層の（約４０［μｍ］〜２００［μｍ］又は５０［μｍ］〜１５０［μｍ］の厚さ、又は１００［μｍ］未満の厚さのような）厚さであり得る。それに加えて、電磁放射線又は粒子放射線を原材料粉末に照射する前の原材料粉末は、加熱手段によって予備加熱され得る。
【００２６】
累積的に階層化する方法によって製造される三次元ワークピースの微細構造を効率的に適合させるために制御され得る粉末塗布手段と照射手段の複数の動作パラメーターの詳細な記述は、国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０５３９４６とＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｂ、４４Ｂ巻、２０１３年８月、７９４〜７９６ページに掲載のＴ．Ｎｉｅｎｄｏｒｆ等による「選択的なレーザー溶融によって処理された高度な異方性を有する鋼」とのタイトルの刊行物の中に見出される。
【００２７】
それに加えて又はそれに代えて、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、例えば、強度、靭性、延性、硬度又は摩耗耐性のような機械的特性の第一の値と機械的特性の第二の値、熱伝導性のような熱的特性の第一の値と熱的特性の第二の値、オーミック抵抗又は誘電率のような電気的特性の第一の値と電気的特性の第二の値、透磁率又は誘電率のような磁気的特性の第一の値と磁気的特性の第二の値、腐食耐性又は化学的な反応性のような化学的特性の第一の値と化学的特性の第二の値の少なくともいずれかによって定義されるように、粉末塗布手段と照射手段の動作が、累積的な造形方法よって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御され得る。
【００２８】
その結果として、第一及び第二の状態／値は、機械的、熱的、電気的、及び／又は化学的特性が異なり得る。これによって、第一及び第二の状態／値によって形成される情報コードパターンは、例えば単調荷重による材料変形のような硬度測定技術によって機械的に読み取り可能であり、例えば熱伝導率測定技術によって熱的に読み取り可能であり、例えば電気的な（オーミック）抵抗測定技術によって又は渦電流測定技術によって電気的に読み取り可能であり、及び／又は、例えば化学的な反応性の測定技術によって化学的に読み取り可能である。好ましくは、情報コードパターンは、情報コードパターンを非破壊で読むことができる測定技術によって読み取られる。
【００２９】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値がワークピースの第一の空間的部分に配置され又は制限され、及び／又は物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がワークピースの第二の空間的部分に配置され又は制限されるように、累積的な造形方法よって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御されることができ、第一と第二の部分は空間的な共通部を持たなくてもよい。
【００３０】
その結果として、ワークピースの所定の空間的位置に配置された又は制限された第一及び第二の状態／値によって形成される情報コードパターンは、例えば位置的に分析された光学的測定技術、位置的に分析された硬度測定技術、位置的に分析された熱導電性測定技術、位置的に分析された電気的（オーミック）抵抗測定技術、位置的に分析された渦電流測定技術、位置的に分析された化学的反応性測定技術等により読み取り可能である。
【００３１】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値、及び／又は第二の状態／値が完成したワークピースの領域内又は内部の（特に完全な内部の）空間的な部分に配置され又は制限されるように、累積的な造形方法よって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御され得る。その結果として、情報コードパターンはワークピースの外からは見えないが、例えば渦電流測定技術のような材料内に及ぶ測定技術によって読み取り可能である。
【００３２】
粉末塗布手段と照射手段の動作は、情報コードパターンが、ＱＲコード（登録商標）のような二次元マトリックスコード及び／又は一次元バーコードを形成するように、累積的な造形方法よって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように制御されることができる。
【００３３】
三次元ワークピースを製造する装置は、キャリアと、キャリア上に原材料粉末を塗布する粉末塗布手段と、キャリア上に塗布された原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で照射する照射手段と、ワークピースの表面上又は内部に情報コードパターンを生成するように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成された制御手段とを有しており、情報コードパターンは前記ワークピースの微細構造によって形成される。
【００３４】
制御部は、微細構造を定義している、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターが、第一の情報コードの状態又は値と少なくとも一つの第二の情報コードの状態又は値を有する情報コードに基づく第一の状態又は値と少なくとも一つの第二の状態又は値に設定されるように、累積的な造形方法よって原材料粉末から製造されるワークピースの微細構造を適合させるように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成されることができ、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値が第一の情報コードの状態／値に一致し、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの少なくとも一つの第二の状態／値が少なくとも一つの第二の情報コードの状態／値に一致する。
【００３５】
制御部はさらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、微細構造内の第一の材料の組成又は第一の材料の分布と微細構造内の第二の材料の組成又は第二の材料の分布、比較的粗いグレインサイズと比較的細かいグレインサイズ、実質的に指向的／樹脂状晶的な凝固テクスチャと実質的に多結晶状及び／又は実質的に球状晶子のテクスチャ、異方性のテクスチャと等方性のテクスチャ、及び、造形方向に関する異方性のテクスチャの第一の空間的方向と造形方向に関する異方性のテクスチャの第二の空間的方向の少なくともいずれかによって定義されるように、ワークピースの微細構造を適合させるように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成されることができる。
【００３６】
制御部はさらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値と特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がそれぞれ、機械的特性の第一の値と機械的特性の第二の値、電気的特性の第一の値と電気的特性の第二の値、熱的特性の値と熱的特性の第二の値、磁気的特性の第一の値と磁気的特性の第二の値、及び、化学的特性の第一の値と化学的特性の第二の値の少なくともいずれかによって定義されるように、ワークピースの微細構造を適合させるように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成されることができる。
【００３７】
制御部はさらに、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態／値がワークピースの第一の空間的部分に配置され又は制限され、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態／値がワークピースの第二の空間的部分に配置され又は制限されるように、ワークピースの微細構造を適合されるように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成されることができ、第一と第二の部分は空間的な共通部を持たない。
【００３８】
制御部はさらに、情報コードパターンが、ＱＲコード（登録商標）のような二次元マトリックスコード及び／又は一次元バーコードを形成するように、ワークピースの微細構造を適合させるように、粉末塗布手段と照射手段の動作を制御するよう構成されることができる。
【００３９】
情報コードを含むワークピースの製造方法又は製造方法の個々の工程が本明細書に記載された範囲で、方法又は方法の個々の工程は、情報コードを含むワークピースを製造するために適切に構成された装置によって、又はそのような装置の適切に構成された手段によって実施されることができる。類似の注意点が、情報コードを含むワークピースの製造装置及び／又は方法の各工程を実施するそのような装置の複数の手段の動作モードの説明に適用される。この範囲において、本明細書の装置の特徴と方法の特徴は同様である。
【００４０】
三次元ワークピースは、原材料粉末の複数の層を電磁放射線又は粒子放射線で照射することにより製造され、ワークピースの微細構造によって形成される情報コードパターンを示す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明のさらなる特徴、利点、及び技術的な効果が、添付の模式図を参照して、以下の好ましい実施形態の記述から明らかになるであろう。
【００４２】
【図１】情報コードパターンを含む三次元ワークピースの製造装置の模式図である。
【図２】図１の装置によって製造されるワークピースの表面上又は内部の情報コードパターンの模式図である。
【図３】情報コードパターンから得られた硬度のマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は三次元ワークピース１２の製造装置１０を示している。装置１０は、キャリア１４と、キャリア１４上に原材料粉末１８を塗布するための粉末塗布手段１６を有している。原材料粉末１８は、Ｃが０．０２［％］、Ｃｒが１７［％］、Ｎｉが１０．５［％］、及びＭｏが２．３［％］、残りがＦｅの公称の化学的組成（重量％）を有している。原材料粉末１８は、平均粒子サイズが４０［μｍ］の球状粉末の形式で供給される。装置１０はさらに、電磁放射線又は粒子放射線２２を放射するための照射手段２０を有している。特に、電磁放射線又は粒子放射線２２は、照射手段２０の少なくとも一つの放射源２４によって放射され、照射手段２０の少なくとも一つの光学部２６によって誘導され、及び／又は加工処理される。キャリア１４は、ワークピースがキャリア１４上の原材料粉末から層状に積み上げられる際、そのワークピースの製造高さが増すにつれて、キャリア１４が垂直方向の下方向に移動させられることができるように、垂直方向に変位可能に設計される。キャリア１４、粉末塗布手段１６及び照射手段２０の動作は、制御部２８によって制御される。装置１０はさらに、任意の情報３２を入力するための入力手段３０を有している。
【００４４】
制御部２８は、入力手段３０によって入力された情報３２を、例えば一次元バーコード、又は二次元マトリックスコード（例えばＱＲコード（登録商標））等のような公知の符号化体系を使用することによって情報コードに変換する。あるいは、制御部２８は自動的に生成された情報を情報コードに変換する。情報とそれによる情報コードは、製造年月日、製造場所、製造方法、製造装置、生産者、会社、製造シリーズ、製造番号、ワークピースの証明、目的等を表し得る。
【００４５】
例えば、入力情報３２は特定の製造装置を表しており、情報コードは一次元バーコードである。この場合、制御部２８は特定の製造装置を示すデータを、例えば特定の製造装置の名称及び／又は製造番号を符号化した一次元バーコードに変換する。情報コード（すなわち一次元バーコード）は、第一の情報コードの状態、すなわち複数の黒の棒又は単に黒の「状態」、及び第二の情報コードの状態、すなわち複数の白の棒又は単に白の「状態」によって表される。
【００４６】
次の工程で、情報コードを含むワークピース１２が製造される。このため、制御部２８は、生成されたワークピースの微細構造３４を定義している、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターが、情報コードに基づく第一の状態３４ａと第二の状態３４ｂに設定されるように、累積的な造形方法によって原材料粉末１８から製造されるワークピース１２の微細構造３４を適合させるために、原材料粉末１８の結晶化挙動に依存して、キャリア１４、粉末塗布手段１６及び照射手段２０を制御し、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態３４ａが第一の情報コードの状態（黒）に一致し、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態３４ｂが第二の情報コードの状態（白）に一致する（図２を参照）。
【００４７】
第一の状態３４ａと第二の状態３４ｂは相互に異なっており、それにより区別可能である。本実施態様において、微細構造３４を定義している特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターは、微細構造３４のグレインのサイズ及び微細構造３４のテクスチャである。制御部２８は、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態３４ａが、ワークピース１２の第一の空間的部分３５ａに制限され（すなわち、図２に示した、ワークピース１２の複数の黒の棒によって示された複数の部分）、そして比較的粗いグレインサイズによって、かつ異方性で実質的に単結晶であり指向的に凝固されたテクスチャによって形成されるように、累積的な造形方法によって原材料粉末１８から製造されるワークピース１２の微細構造３４を適合させるために、原材料粉末１８の結晶化挙動に依存して、キャリア１４、粉末塗布手段１６及び照射手段２０を制御する。これとは反対に、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第二の状態３４ｂが、ワークピース１２の第二の空間的部分３５ｂに制限され（すなわち、図２に示した、ワークピース１２の複数の黒の棒の間の複数の白の棒によって示された複数の部分）、そして比較的細かいグレインサイズによって、かつ等方性で実質的に多結晶で球状晶子のテクスチャによって形成される（図２を参照）。
【００４８】
その結果として、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一及び第二の状態３４ａ、３４ｂにより、ワークピース１２の表面上又は内部の情報コードパターン３６に第一及び第二の情報コードの状態（一次元バーコードの黒と白）をマッピングすることで、情報コードパターン３６が形成される。このように、情報コードパターン３６はワークピース１２の微細構造３４へ情報コードを１対１にマッピングしたことを示しており、それゆえに情報コードパターン３６は所望の一次元バーコードも形成する（図２を参照）。これにより、製造されたワークピース１２は、情報コードパターン３６内に符号化された所望の情報（換言すれば「パターン」）が設定される。
【００４９】
さらに、情報コードパターン３６は物理的に決定可能な微細構造パラメーター、すなわち微細構造３４のグレインサイズとテクスチャによって符号化されているので、情報コードパターン３６とそれにより設定された情報は、ワークピース１２から、すなわち位置的に分析された光学的な、それにより非破壊の測定技術（例えば顕微鏡）を用いて、物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一及び第二の状態３４ａ、３４ｂを決定することにより、読み取られることができる。
【００５０】
それに加えて、特定の物理的に決定可能な微細構造パラメーターの異なる第一及び第二の状態３４ａ、３４ｂは、機械的特性（例えば強度、靭性、延性、硬度又は摩耗耐性）の、熱的特性（例えば熱伝導性）の、電気的特性（例えばオーミック抵抗又は誘電率）の、磁気的特性（例えば透磁率又は誘電率）の、及び化学的特性（例えば腐食耐性又は化学的反応性）の異なる区別可能な値をそれぞれに対して生ずる。
【００５１】
その結果として、第一及び第二の状態３４ａ、３４ｂにおいては、それらの機械的、熱的、電気的、及び／又は化学的特性が異なっている。それにより、第一及び第二の状態／値３４ａ、３４ｂによって形成される情報コードパターン３６は、例えば単調荷重による材料変形のような位置的に分析された硬度測定技術によって機械的に読み取り可能であり、例えば位置的に分析された熱伝導率測定技術によって熱的に読み取り可能であり、例えば位置的に分析された電気的な（オーミック）抵抗測定技術によって又は渦電流測定技術によって電気的に読み取り可能であり、及び、例えば位置的に分析された化学的な反応性の測定技術によって化学的に読み取り可能である。
【００５２】
必要であれば、制御部２８は、例えば物理的に決定可能な微細構造パラメーターの第一の状態３４ａが完成したワークピース１２の完全な内部の空間的位置３５ａに制限されるように、累積的な造形方法によって原材料粉末１８から製造されるワークピース１２の微細構造３４を適合させるために、原材料粉末１８の結晶化挙動に依存して、キャリア１４、粉末塗布手段１６及び照射手段２０を、制御してもよい（図２を参照）。この場合、情報コードパターン３６はワークピース１２の外からは見えないが、例えば位置的に分析された渦電流測定技術のような材料内に及ぶ測定技術によって読み取り可能である。
【００５３】
図２は、図１の装置１０によって製造される情報コードパターンを含む三次元のサンプルワークピース１２を示しており、装置１０は二つのレーザー光源２４を備える照射手段２０を有している。ワークピース１２の空間的部分３５ａ及び３５ｂがそれぞれ、第一の１０００［Ｗ］のレーザー光源と第二の４００［Ｗ］のレーザー光源で照射されて製造されるように、第一のレーザー光源は１０００［Ｗ］のパワーの電磁放射線を放射し、一方第二のレーザー光源は４００［Ｗ］のパワーの電磁放射線を放射し得る（図２を参照）。使用されるレーザー光源に依存して、製造中の原材料粉末の層の厚さは、５０［μｍ］から１５０［μｍ］の間とされ得る。装置１００の制御部（不図示）は、同様のエネルギー密度が第一及び第二のレーザー光源のパワーに関係なく原材料粉末に供給されるように、複数のプロセスパラメーターを制御してもよい。
【００５４】
ここに提示された表記付けする方法の適切な使用については、二つの異なる微細構造（黒と白）が明確に区別されるであろう。図３はサンプルゲージの長さ（ＢＤ；横軸）で取得された硬度のマップを示している。図３に示されているように、平均硬度値（ＨＶ；縦軸）は、細かいグレインの領域３５ｂ（白；４００［Ｗ］）に対する約２１５ＨＶの値と柱状の粗いグレインの領域３５ａ（黒；１０００［Ｗ］）に対する１９０ＨＶの値を示す二つの微細構造（黒と白）で大きく異なっている。
【００５５】
組み込まれた情報コードパターン３６の複雑さを容易に増すことができる。例えば、いずれかの領域（黒と白、別々に）の形状は直接的に操作されることができる。他の例として、情報コードパターン３６は、肉眼検査によっては視認できない、ワークピース１２の外表面の下側のような、ワークピース１２のいずれの領域にも導入され得る。修正された領域の微細構造は、例えば柱状の粗いグレインの領域の降伏強度に関して、劣化した機械的特性につながり得るので、ワークピース１２の高度に負荷のかけられる領域は、表記付けには適していないかもしれない。このように、情報コードパターン３６を配置することによる、ワークピース１２の各部分の十分な負荷耐性を保持するために、詳細な負荷分布分析、及びもし必要ならば、ワークピース１２の形状の調節も必要になるかもしれない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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