(57)【要約】【課題】本発明はエネルギービーム（５）によって固化可能な造形材料（３）の層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって、３次元物体（２）を付加製造するための装置（１）に関する。【解決手段】エネルギービーム（５）に関する少なくとも１つのパラメータを判定するように適合された判定デバイス（８）を備え、判定デバイス（８）は、エネルギービーム（５）の、造形平面（７）で反射された反射部分（１０）の少なくとも１つの第１パラメータを判定するように適合された少なくとも１つの判定ユニット（９）を備え、判定デバイス（８）は、基準パラメータと、反射部分（１０）の少なくとも１つの第１パラメータとの差を判定するように適合されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム（５）によって固化可能な造形材料（３）の層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって、３次元物体（２）を付加製造するための装置（１）であって、
前記エネルギービーム（５）に関する少なくとも１つのパラメータを判定するように適合された判定デバイス（８）を備え、
前記判定デバイス（８）は、前記エネルギービーム（５）の、造形平面（７）で反射された反射部分（１０）の少なくとも１つの第１パラメータを判定するように適合された、少なくとも１つの判定ユニット（９）を含み、前記判定デバイス（８）は、基準パラメータと、前記反射部分（１０）の前記少なくとも１つの第１パラメータとの差を判定するように適合されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記基準パラメータは、定義されるか、又は決定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記判定デバイス（８）は、前記エネルギービーム（５）の少なくとも１つの初期部分（１２）の第２パラメータを判定するように適合され、かつ前記エネルギービーム（５）の前記反射部分（１０）の少なくとも１つの第１パラメータを判定するように適合されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記判定デバイス（８）は、前記エネルギービーム（５）の前記少なくとも１つの反射部分（１０）の前記第１パラメータを判定するように適合された少なくとも１つの第１判定ユニット（９）と、前記エネルギービーム（５）の前記初期部分（１２）の前記少なくとも１つの第２パラメータを判定するように適合された少なくとも１つの第２判定ユニット（１１）と、を備え、
前記判定デバイス（８）は、前記少なくとも１つの反射部分（１０）の前記第１パラメータと、前記少なくとも１つの初期部分（１２）の前記第２パラメータとの差を判定するように適合される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１パラメータ及び／又は前記第２パラメータは、前記エネルギービーム（５）の強度、及び／又は前記造形材料（３）に吸収される吸収強度であるか、又はそれに関連することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１パラメータは、前記造形平面（７）に配置された前記造形材料（３）のトポグラフィ情報に関係することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記判定デバイス（８）は少なくとも１つのプロセスパラメータを判定するように適合され、前記判定デバイス（８）は、前記プロセスパラメータに応じて前記第１パラメータの判定を行うように適合されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記プロセスパラメータは、造形材料（３）、具体的には、前記造形材料（３）の吸収係数、及び／又は、前記造形平面及び／又は付加製造プロセスにおいて発生する残留物への前記エネルギービーム（５）の入射角であるか、又はそれに関係することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記初期部分（１２）を前記エネルギービーム（５）から分割するように適合されたビーム分割ユニット（１３）を特徴とし、
前記装置（１）の照射デバイス（６）が前記エネルギービーム（５）の前記反射部分（１０）を前記エネルギービーム（５）に沿って案内し、前記エネルギービーム（５）の前記反射部分（１０）を、前記ビーム分割ユニット（１３）を介して第１判定ユニット（９）に向けて案内するように適合された、請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記エネルギービーム（５）の前記反射部分（１０）を前記造形平面（７）から放出された放射から分離するように適合された第２ビーム分割ユニット（１６）を特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第１の判定ユニット（９）は、付加製造プロセスが遂行されるプロセスチャンバ（１８）を画定する透明壁要素（１９）に配置され、前記透明壁要素（１９）は前記エネルギービーム（５）の前記反射部分（１０）に対して透明であることを特徴とする、請求項３〜請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記判定デバイス（８）は、前記エネルギービーム（５）の波長、具体的には１０７０ｎｍの波長とは異なる波長又は波長範囲の放射をフィルタリングするように適合された、少なくとも１つの光学フィルタユニット（１４）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記判定デバイス（８）は、２つの光学フィルタユニット（１４、１５）を備え、第２光学フィルタユニット（１５）は、エネルギービーム（５）を生成するエネルギー源（４）と、前記第２判定ユニット（１１）との間に配置され、第１光学フィルタユニット（１４）は、造形平面（７）と、第１判定ユニット（９）との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
エネルギービーム（５）によって固化可能な造形材料（３）の層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって、３次元物体（２）を付加製造するための装置（１）、具体的には請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の装置（１）のための判定デバイス（８）であって、
前記判定デバイス（８）は、造形平面（７）において反射される、前記エネルギービーム（５）の反射部分（１０）の少なくとも１つのパラメータを判定するように適合された少なくとも１つの判定ユニット（９）を備え、前記判定デバイス（８）は、基準パラメータと、前記反射部分（１０）の前記少なくとも１つのパラメータとの差を判定するように適合されることを特徴とする、判定デバイス。
【請求項１５】
エネルギービーム（５）によって固化可能な造形材料（３）の層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって３次元物体（２）を付加製造するための装置（１）で使用される、エネルギービーム（５）の少なくとも１つのパラメータを判定する方法であって、
前記エネルギービーム（５）は、造形平面（７）に配置された造形材料（３）上へ案内され、前記エネルギービーム（５）は、前記造形平面（７）で部分的に反射され、前記造形平面（７）で反射される前記エネルギービーム（５）の反射部分（１０）の少なくとも１つのパラメータと、基準パラメータと前記反射部分（１０）の前記少なくとも１つのパラメータとの差を判定することを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギービームによって固化可能な造形材料層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって、３次元物体を付加製造するための装置に関する。本装置は、エネルギービームに関する少なくとも１つのパラメータを判定するように適合された判定デバイスを備える。
【背景技術】
【０００２】
エネルギービームの照射などにより造形材料を選択的に照射し、それによって固化させる、３次元物体の付加製造装置は、従来技術で広く知られている。そのような装置においては、造形平面に配置された造形材料上にエネルギービームを案内し、造形材料内でエネルギーを消耗させて、付加製造される物体の幾何構造に応じて造形材料を固化させる。
【０００３】
さらに、造形材料、すなわち所定体積の造形材料において消耗されるエネルギー量は、固化挙動がそれぞれの造形材料の体積中で消耗されるエネルギー量に顕著に影響されることから、プロセス品質及び物体の品質に極めて重要であることが従来技術で知られている。したがって、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光学センサによる測定を介するなどして、例えば、付加製造プロセスの前にエネルギービームの強度を測定することは有益である。そのような光学センサを装置の造形チャンバ内に配置して、エネルギービームをその光学センサ上に案内して、強度と、したがってそのエネルギービームを介して消耗されるエネルギーと、を判定することが可能である。
【０００４】
この既知の方法では、付加製造プロセスに存在する特定の性質や状態を考慮に入れることができない。例えば、造形材料の吸収係数や、造形材料に入射する前のエネルギービームの一部に影響する、具体的にはそれを吸収する、付加製造プロセス中に生成される残留物、などである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、エネルギービームに関するパラメータ、特にエネルギービームを介して造形材料中で消耗されるエネルギーに係わるパラメータの判定が改善された、３次元物体の付加製造のための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明の請求項１に記載の装置で達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に拠る。
【０００７】
本明細書に記載の装置は、エネルギービーム、具体的にはレーザビーム又は電子ビームによって固化することができる粉末状の造形材料（「造形材料」）の層を、連続して選択的に層ごとに固化する手段により、工業部品などの３次元物体を付加製造するための装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマー粉末であってよい。それぞれのエネルギービームは、レーザビーム又は電子ビームであってよい。それぞれの装置は、造形材料の塗布及び造形材料の固化が別々に遂行される、例えば選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置などの装置であってよい。
【０００８】
本装置は、その動作時に使用される複数の機能ユニットを備えてもよい。例示的な機能ユニットは、プロセスチャンバ、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように適合された照射デバイス、及び、例えば所与の流動プロファイル、流速などの所与の流動特性で少なくとも部分的にプロセスチャンバを貫通して流れるガス状流体流を生成するように適合された流れ生成デバイスである。ガス状流体流は、プロセスチャンバを通って流れる間に、固化されていない粒状の造形材料、特に装置の動作中に発生する煙又は煙残留物を充填することが可能である。ガス状流体流は典型的には不活性であり、すなわち典型的には、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの不活性ガスの流れである。
【０００９】
前に述べたように、本発明は、造形材料を固化する付加製造プロセスにおいて使用されるエネルギービームに関する少なくとも１つのパラメータの判定に適合した判定デバイスを有する、３次元物体の付加製造装置に関する。本発明は、判定デバイスが、造形平面で反射されるエネルギービームの反射部分の少なくとも１つの第１パラメータの判定に適合する、少なくとも１つの判定ユニットを備え、判定デバイスは、基準パラメータと、反射部分の少なくとも１つの第１パラメータとの差を判定するように適合される、という考えに基づいている。
【００１０】
したがって、エネルギービームの反射部分の第１パラメータを判定して、造形材料で消耗されたエネルギー量を推定可能とすることが本発明により達成される。例えば、造形材料が照射のために配置され、照射によって固化して3次元物体を形成する平面(表面)である造形平面において反射されるエネルギービームの部分は、エネルギー量(及びその造形平面で吸収される部分）に依存する。造形材料内で消耗されるエネルギー量（エネルギービームの部分）、及び造形材料表面で反射されるエネルギー量（エネルギービームの部分）は、付加製造プロセスが遂行される条件に応じて変化する。本発明の装置の判定デバイスは、エネルギービームの反射部分に関する第１パラメータを基準パラメータと比較し、したがって基準パラメータとエネルギービームの反射部分の第１パラメータとの差を判定することができる。
【００１１】
例えば、基準パラメータは特定の(目標)値又は値域、例えばある区間、を定義可能であり、基準パラメータは適切なエネルギー値、例えば所定の固化挙動を達成するために造形材料で消耗されるべきエネルギーに関係する。したがって、エネルギービームの反射部分の第１パラメータが基準パラメータに一致すれば、適切な量のエネルギーが造形材料内で消耗される。エネルギービームの反射部分の第１パラメータが基準パラメータと異なる場合には、造形材料内で消耗されるエネルギーが多すぎるか、少なすぎる可能性がある。こうして、造形材料において適切な量のエネルギーが消耗されたかどうか、そしてそれにより造形材料の照射プロセス及び固化プロセスが適切なプロセス条件下で遂行されたかどうかを判定することができる。ただし、基準パラメータと、エネルギービームの反射部分の第１パラメータの間に差があることが判定された場合には、例えばエネルギービーム強度を増加させるか減少させるような、プロセス条件の調整が必要と考えられる。
【００１２】
基準パラメータは、定義されるか又は決定されてよい。例えば、基準パラメータの決定は、以下で述べるように具体的には対応する判定ユニットにより可能である。また、基準パラメータを、例えば制御ユニットで定義することも、又はユーザインタフェースを介して定義することも可能である。装置のユーザ、例えば設備のオペレータが、ユーザインタフェースを介して基準パラメータを入力して、基準パラメータが装置の対応する制御ユニットに格納されてもよい。また、付加製造プロセスに関する情報、例えば使用される造形材料の種類を入力し、その入力情報に基づいて制御ユニットに基準パラメータを決定させることも可能である。
【００１３】
本発明の装置の別の実施形態によれば、判定デバイスはエネルギービームの少なくとも１つの反射部分の第１パラメータを判定するように適合され、かつエネルギービームの初期部分の少なくとも１つの第２パラメータを判定するように適合されてもよい。こうして、第１パラメータが、造形平面で反射されたエネルギービームの反射部分に関係し、第２パラメータが、エネルギービームの初期部分に関係する。「初期部分」という用語は、対応するエネルギー源から生成されたエネルギービームの一部を指す。ここで第２パラメータは、初期部分が造形平面に入射する前に判定される。例えば、「初期」部分は造形材料に入射する前の、装置の光学システムに結合されたエネルギービームの一部分を指す。したがって、エネルギービームの初期部分は、付加製造装置の光学システムに結合された光ビームに直接関係し、プロセスチャンバ内のプロセス雰囲気や残留物との干渉はない。具体的には、第２パラメータは、エネルギービームの初期部分が造形平面に入射する前に判定される。第２パラメータは、したがって基準パラメータとして使用することができる。
【００１４】
エネルギービームの初期部分の第２パラメータを使用して、第１パラメータを第２パラメータと比較することが可能である。ここで、第１パラメータはエネルギービームの反射部分に関係し、判定デバイスは両方のパラメータを比較して、それにより、プロセス状態、特に造形平面に配置された造形材料の固化挙動を推定する。具体的には、造形平面に入射したエネルギービームがどの程度造形材料に吸収されるか、またエネルギービームのどれだけの割合が造形平面で反射されるかを判定可能である。
【００１５】
本発明装置の判定デバイスは、エネルギービームの少なくとも１つの反射部分の第１パラメータの判定に適合する少なくとも１つの第１判定ユニットと、エネルギービームの初期部分の少なくとも１つの第２パラメータの判定に適合する少なくとも１つの第２判定ユニットと、を含む。ここで、判定デバイスは、少なくとも１つの初期部分の第２パラメータと、エネルギービームの反射部分の少なくとも１つの第１パラメータとの差を判定するように適合されてもよい。
【００１６】
こうして、判定デバイスは、第１判定ユニットと第２判定ユニットとを備えることができ、第１判定ユニットはエネルギービームの反射部分に関する第１パラメータの判定に使用される。さらに、判定デバイスは、既に述べたようにエネルギービームの初期部分に関係する第２パラメータを判定する、第２判定ユニットを備える。既に述べたように、エネルギービームの少なくとも１つの初期部分の第２パラメータは、基準パラメータとして使用することができ、又は基準パラメータとみなすことができる。判定デバイスは両パラメータ、すなわち第２パラメータ（基準パラメータ）と第１パラメータの間の差を判定するように適合されている。したがって、第１パラメータと第２パラメータとを比較し、それによって両パラメータの間の差を判定することが可能である。エネルギービームの反射部分の第１パラメータ、及び／又はエネルギービームの初期部分の第２パラメータは、好ましくは同じタイプのパラメータであって、例えば、エネルギービームのそれぞれの部分のエネルギー、又はエネルギービームのそれぞれの部分の強度（出力）、等である。
【００１７】
第１パラメータを第２パラメータと比較することで、造形平面上に案内されて、造形材料内に受容された、すなわち造形材料に吸収された、エネルギービームの量を判定することが可能である。すなわち、エネルギービームの初期部分の第２パラメータ、例えばエネルギービームの初期部分の強度が、エネルギービームの反射部分の第１パラメータ、例えばエネルギービームの反射部分の強度との比較により、造形材料に吸収されるエネルギーの割合又は部分を定義する。こうして、第１と第２パラメータの間の比較又は第１と第２パラメータの比が、造形材料に吸収される光ビームの量、及び造形材料で反射されるエネルギービームの大きさを定義する。したがって、判定デバイスは、造形材料で適切な量のエネルギーが消耗されたかどうか、あるいは造形材料で消耗されたエネルギーが多過ぎないか又は少な過ぎないか、を判定するように適合される。したがって、判定デバイスは、照射プロセス、及びそれによる固化プロセスが適正な条件下で遂行されているかどうかを判定するように適合される。
【００１８】
第１パラメータ、及び／又は第２パラメータは好ましくは、エネルギービームの強度であるか、又は強度に関連するか、及び／又は造形材料に吸収される吸収強度である。こうして、第１パラメータ及び／又は第２パラメータは、エネルギービームのそれぞれの部分、すなわちエネルギービームの初期部分又はエネルギービームの反射部分の、強度に関係し得る。
【００１９】
さらに、第１パラメータは、造形平面に配置される造形材料のトポグラフィ情報に関係し得る。前に述べたように、エネルギービームの反射部分の第１パラメータは、造形平面で反射されるエネルギーの量又はエネルギービームの割合に関係する。したがって、造形平面に配置された造形材料のトポグラフィ、例えば造形平面に配置された造形材料の表面トポグラフィのばらつきを、エネルギービームの反射部分の第１パラメータを通して判定することが可能である。第１パラメータ、例えばエネルギービームの反射部分の強度が、エネルギービームが入射する造形材料のトポグラフィ、例えばエネルギービームの反射部分が伝播する方向などとともに変化するので、造形材料のトポグラフィのばらつきは、第１パラメータのばらつきともなる。例えば、造形平面に配置された物体又は造形材料のゆがみなどのトポグラフィのばらつきが生じると、エネルギービームは別の方向に散乱又は反射されて、対応する（第１）判定ユニットに入射しないので、反射又は散乱後に第１判定ユニットへ適切に案内されないエネルギー量又はエネルギービームの割合が増加する。こうして、第１パラメータのばらつきが、造形平面に配置された造形材料のトポグラフィのばらつきに直接的に関係し得る。
【００２０】
判定デバイスが少なくとも１つのプロセスパラメータを判定するように適合され、その判定デバイスが、プロセスパラメータに応じて第１パラメータの判定を行うように適合されるという点において、本発明の装置はさらに改善され得る。前に述べたように、付加製造プロセスは、プロセス品質及び／又は物体品質に直接影響を与え得る、具体的には造形材料の照射により生じる固化挙動に直接影響する、様々な条件下で遂行される。この実施形態によれば、判定デバイスは、プロセスパラメータに依存するエネルギービームの反射部分の第１パラメータの判定の遂行に、これらのプロセスパラメータの少なくとも１つを計算に入れることができる。したがって、付加製造プロセスを記述する、あるいはそれに影響するプロセスパラメータを判定して計算に取り込んで、エネルギービームの反射部分の第１パラメータの適切な判定を確保することができる。
【００２１】
プロセスパラメータは、造形材料、具体的には造形材料の吸収係数、及び／又は、造形平面と付加製造プロセスにおいて発生する残留物の双方又は一方へのエネルギービームの入射角であるか、それに関するものであってよい。したがって、反射又は吸収されるエネルギー量又はエネルギービームの割合に影響する様々なプロセスパラメータを計算に入れることが可能である。例えば、付加製造プロセスに使用される造形材料、具体的には付加製造プロセスに使用される造形材料の吸収係数が、造形材料で消耗可能なエネルギー量又は造形材料を通して吸収されるエネルギービームの割合に直接的に影響し得る。
【００２２】
さらに、造形平面に配置された造形材料に入射するエネルギービームの入射角度もまた、吸収されるエネルギーの部分及び造形平面で反射されるエネルギービームの一部に直接影響する。造形材料に吸収されるエネルギービームの割合に影響する、計算に入れられるべき別のプロセスパラメータには、付加製造プロセスで発生する残留物、例えば、煤、煙、若しくはくすぶり、又はプロセスチャンバ内の雰囲気に充満する、渦巻く造形材料などの固化していない造形材料粒子がある。プロセスチャンバの雰囲気を通って案内されるエネルギービームは、これらの残留物を通して部分的に吸収される可能性があり、残留物を判定し、したがって残留物を通して吸収されるエネルギービームの割合を計算に入れることが、第１パラメータの判定を改善することにもなる。
【００２３】
本発明の装置の別の実施形態によれば、エネルギービームから初期部分を分割するように適合されたビーム分割ユニットが提供されてもよい。ここで、装置の照射デバイスは、エネルギービームの反射部分をエネルギービームに沿って案内し、エネルギービームの反射部分を、ビーム分割ユニットを介して第１判定ユニットの方向へ案内するように適合されていてもよい。こうして、ビーム分割ユニットを設けて、エネルギービーム、例えばビーム分割ユニットに入射するエネルギービームから初期部分を分割することができる。そこで、エネルギービームの（小）部分がエネルギービームから分割されて、例えば第２判定ユニットへ案内される。造形平面から伝播するエネルギービームの反射部分は、エネルギービームに沿って案内され、例えば同一照射デバイスの、具体的にはエネルギービームを造形平面上に案内するのに使用する走査ミラーを介して、ビーム分割ユニットに向けて案内される。エネルギービームの反射部分は、ビーム分割ユニットを貫通することが可能であり、したがって第１判定ユニットへ案内可能である。
【００２４】
さらに、第２分割ユニットを設けることが可能であって、これは造形平面から放出された放射からエネルギービームの反射部分を分離するようになっている。したがって、第２ビーム分割ユニットは、例えばエネルギービームの伝播方向に関して、第１ビーム分割ユニットに続いて設けられてもよい。第２ビーム分割ユニットは、造形平面で反射されるエネルギービームの反射部分からの熱放射の分離など、造形平面から放出される放射を分離するように適合されている。すなわち、造形平面で放出される放射と、造形平面で反射されるエネルギービームの反射部分が、例えば同じ照射デバイスを経由してエネルギービームに沿って（反対方向に）第２ビーム分割ユニットへ向かって案内される。こうして、造形平面で放出される放射もまた、第１ビーム分割ユニットを通過するようになっていてもよい。第２ビーム分割ユニットが造形面から放出される放射を、エネルギービームの反射部分から分離し、エネルギービームの反射部分を更に第１判定ユニットに向かって伝播させる。ここで、造形平面から放出される放射は、造形平面から放出される放射のパラメータを判定するために別の（オプションの）判定ユニットに伝播してもよい。
【００２５】
追加又は代替として、前記の、又は第１の判定ユニットが、付加製造プロセスが遂行されるプロセスチャンバを画定する透明壁要素に配置されてもよい。透明壁要素はエネルギービームの反射部分に対して透明である。言い換えれば、透明壁要素は「窓」を構成し、これをエネルギービームの反射部分が少なくとも部分的に通過してプロセスチャンバを出て、第１判定ユニットに向かうことができる。
【００２６】
本明細書において「透明」という用語は、エネルギービームの反射部分がこの透明壁要素を少なくとも部分的に通過できる能力のことを指す。エネルギービームの反射部分の特定の割合、好ましくは、例えばエネルギービームの反射部分の所定の割合、例えば８０％、を超えるもののみが通過可能なものが、「透明」とみなされることも、当然である。この実施形態によれば、エネルギービームの反射部分の第１パラメータを判定する第１判定ユニットを、装置のプロセスチャンバを画定する透明壁要素に整列して配置し、エネルギービームの特定の反射部分又はエネルギービームの不特定の反射部分をこの透明壁要素を貫通して第１判定要素に向かって伝播させることが可能である。必ずしも必要ではないが、第１判定ユニットは、透明壁要素に直接配置されてもよい。ただし、第１判定ユニットは透明壁要素に整列させて、エネルギービームの反射部分の伝播方向に、例えば透明壁要素から所定距離だけ、例えば５ｃｍ離間させて配置することも可能である。
【００２７】
本発明の装置の判定デバイスは、エネルギービームとは異なる、具体的には１０７０ｎｍとは異なる波長又は波長範囲の放射に対してフィルタリングするように適合された、少なくとも１つの光学フィルタユニットを備えてもよい。光学フィルタユニットを設けることによって、エネルギービームの反射部分のみ、及び／又はエネルギービームの初期部分のみを、対応する判定ユニットに到達させるようにできる。造形平面から放射される熱放射や、マーカービームなどの他のタイプの放射は、光学フィルタユニットによってフィルタリングされる。これらは、光学フィルタユニットで吸収、反射又は散乱されるので、光学フィルタユニットを通って判定ユニットに入射することはできない。
【００２８】
判定デバイスは、好ましくは、さらに２つの光学フィルタユニットを備えてもよい。第１光学フィルタユニットは、エネルギービームを発生させるエネルギー源と第２判定ユニットの間に配置され、第１光学フィルタユニットは造形平面と第１判定ユニットの間に配置される。こうして、対応するエネルギー源を介して生成されるエネルギービームが第１ビーム分割ユニットに入射可能であり、これによってエネルギービームの初期部分がエネルギービームから分割される。第２光学フィルタユニットは、エネルギー源と第２判定ユニットの間に配置されて、エネルギービームの初期部分からの放射成分をフィルタリングすることが可能である。第１光学フィルタユニットは、エネルギービームの反射部分の伝播方向に関して、第１判定ユニットの前に配置することができる。こうして、造形平面で反射されるエネルギービームの反射部分が光学システムを通って第１判定ユニットへ向かって伝播する。好ましくは、第１光学フィルタユニットが、第２ビーム分割ユニットと第１判定ユニットの間に配置される。
【００２９】
さらには、本発明は、エネルギービームによって固化可能な造形材料層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって、３次元物体を付加製造するための装置、具体的にはこれまでに述べたような本発明の装置の、判定デバイスに関する。判定デバイスは、造形平面で反射されたエネルギービームの反射部分の少なくとも１つの第１パラメータの判定に適合する、少なくとも１つの判定ユニットを備え、判定デバイスは、基準パラメータと、反射部分の少なくとも１つの第１パラメータとの差の判定に適合する。
【００３０】
さらには、本発明は、エネルギービームによって固化可能な造形材料層の、連続的な層ごとの選択照射及び固化によって３次元物体を付加製造するための装置で使用される、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータを判定する方法に関する。ここでエネルギービームは、造形平面に配置された造形材料上へ案内され、エネルギービームは、造形平面で部分的に反射され、造形平面で反射されるエネルギービームの反射部分の少なくとも１つのパラメータと、基準パラメータと反射部分の少なくとも１つの第１パラメータとの差が判定される。
【００３１】
本発明の例示的実施形態を、図を参照して説明する。図は模式図である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態による本発明の装置である。
【図２】第２の実施形態による本発明の装置である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、造形材料３の層を、連続的な層ごとの選択照射及び固化をすることで、３次元物体２を付加製造するための装置１を示す。装置１には、レーザビームなどのエネルギービーム５を発生させるように適合された、例えばレーザ光源などのエネルギー源４がある。造形材料３は、エネルギービーム５を介して固化することができる。ここで、照射デバイス６が、造形材料３が配置された造形平面７を横切ってエネルギービーム５を選択的に案内するようになっている。
【００３４】
装置１には、造形平面７で反射されたエネルギービーム５の反射部分１０の第１パラメータを判定するように適合された、第１判定ユニット９を備える判定デバイス８がさらに含まれる。判定デバイス８はさらに、基準パラメータと、反射部分１０の第１パラメータとの差を判定するようになっている。基準パラメータは、具体的には制御ユニット（図示せず）又はユーザインタフェース（図示せず）を介して、定義することが可能である。この例示的実施形態では、基準パラメータは判定デバイス８、具体的には第２判定ユニット１１によって判定される。
【００３５】
第２判定ユニット１１を介して、判定装置８はエネルギービーム５の初期部分１２の第２パラメータを判定するようになっている。判定装置８は、反射部分１０の第１パラメータと初期部分１２の第２パラメータとの差を判定するようになっている。この例示的実施形態において、装置１は第１ビーム分割ユニット１３を備え、エネルギービーム５が第１ビーム分割ユニット１３に入射するときに、初期部分１２をエネルギービーム５から分割するようになっている。エネルギービーム５は第１ビーム分割ユニット１３を経由して照射デバイス６に案内される。照射デバイスはエネルギービーム５を造形平面７に、又は造形平面７を横切って、それぞれ案内するようになっている。
【００３６】
エネルギービーム５の反射部分１０は、造形平面７、具体的には造形平面７に配置された造形材料３の表面で反射される。したがって反射部分１０は、照射デバイス６に向かって伝播し、エネルギービーム５に沿って（反対方向に）案内される。こうして、エネルギービーム５の反射部分１０は第１ビーム分割ユニット１３に入射し、ビーム分割ユニット１３を通過して更に第１判定ユニット９に向かって伝播する。図１からわかるように、判定デバイス８はエネルギービーム５の反射部分１０の第１パラメータと、エネルギービーム５の初期部分１２の第２パラメータを判定するようになっている。第１パラメータの判定は、第１判定ユニット９で遂行され、第２パラメータの判定は、第２判定ユニット１１で行われる。
【００３７】
図１から更にわかるように、判定デバイス８は、造形平面７と第１判定ユニット９の間を伝播する、エネルギービーム５の反射部分１０のビーム経路に関して、造形平面７と第１判定ユニット９の間に配置された第１光学フィルタユニット１４を備えている。第１光学フィルタユニット１４は、エネルギービーム５の反射部分１０以外の放射をフィルタリングする、具体的には、造形平面７から放出される熱放射などの他の種類の放射からエネルギービーム５の反射部分１０を分離するようになっている。第１光学フィルタユニット１４は、エネルギービーム５の反射部分１０の波長、具体的には１０７０ｎｍの波長を有する放射が光学フィルタユニット１４を通過可能な、バンドパスフィルタとして構築されてもよい。
【００３８】
判定デバイス８はさらに、エネルギー源４と第２判定ユニット１１との間に配置された第２光学フィルタユニット１５を備える。第１光学フィルタユニット１４と同様に、具体的には第１光学フィルタユニット１４と同一に、第２光学フィルタユニット１５は、エネルギービーム５の初期部分１２以外の放射をフィルタリングするようになっている。したがって、エネルギービーム５の初期部分１２のみが、第２光学フィルタユニット１５を通過して、第２判定ユニット１１に入射可能である。第１と第２判定ユニット９、１１は光学センサとして構築されてもよいし、あるいはＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ、具体的にはフォトダイオード及び／又はカメラなどの光学センサを備えてもよい。したがって、第１と第２判定ユニット９、１１は、エネルギービーム５の反射部分１０又は初期部分１２の様々なパラメータ、具体的にはそれぞれの部分１０、１２の、特に空間分解された出力又は強度の様々なパラメータを判定するようになっている。
【００３９】
エネルギービーム５の反射部分１０の第１パラメータは、造形平面７に配置された造形材料３のトポグラフィが平坦であるかどうか、又は造形材料３のトポグラフィにばらつきがあるかどうかを示すトポグラフィ情報にも関係し得る。造形平面７に配置された造形材料３の表面が、高さが変化しているか、不均一に分布しているか、あるいは、造形平面７に配置された物体２の表面が平面でない場合には、第１判定ユニット９に入射する反射部分１０の強度又は出力が変化する。こうして、エネルギービーム５の反射部分１０は異なる方向へ散乱されるか又は反射されて、真っすぐに第１判定ユニット９に向かって適切に案内されることができない。さらに、エネルギービーム5が造形平面7で反射してエネルギービーム5の反射部分10を生成する反射特性もまた、造形平面７に配置された造形材料３のトポグラフィによって変化する。
【００４０】
さらに、判定デバイス８は、造形平面７から生じる放射を分割する、具体的には、造形平面７から放出される熱放射などの他の種類の放射からエネルギービーム５の反射部分１０を分離する、ようになった、第２ビーム分割ユニット１６を備える。判定デバイス８は、造形平面７から生じる放射、具体的には例えば造形平面７に配置された造形材料３の熱放射強度又は温度などの熱放射パラメータを判定するように適合された、第３の判定ユニット１７を備える。
【００４１】
図２は、第２の実施形態による装置１を示す。ここで図２に示す装置１は概して、図１に示す装置１と同じ設定に従って構築される。したがって、同じ番号が同じ部品に使用される。具体的には、図２に示す装置１もまた、照射デバイス６を介してプロセスチャンバ１８内に配置された造形平面７に案内されるエネルギービーム５を生成するエネルギー源４を備える。エネルギービーム５はまた、造形平面７において、例えば物体２で部分的に反射される。ここで、エネルギービーム５の反射部分１０は照射デバイス６を通って案内され、反射部分１０は第１判定ユニット１１に向けて伝播する。
【００４２】
図１に示す設定からの変形として、第１判定ユニット１１は、エネルギービーム５の反射部分１０に対して透明な、透明壁要素１９に配置される。透明壁要素１９はしたがって、「窓」とみなすことができる。図１に示す設定と同様に、第１光学フィルタユニット１４が、エネルギービーム５の反射部分１０のビーム経路に関して、造形平面７と第１判定ユニット１１の間に配置される。その上、図２に示す装置１もまた、エネルギービーム５から初期部分１２を分割して、第２判定ユニット１１に向かって伝播させて、エネルギービーム５の初期部分１２の第２パラメータを判定するための、第１ビーム分割ユニット１３を備える。したがって、装置１の判定デバイス８は、基準パラメータ、具体的にはエネルギービーム５の初期部分１２の第２パラメータと、エネルギービーム５の反射部分１０の第１パラメータとの差を判定するようになっている。こうして、造形平面７の造形材料３にエネルギービーム５のどの部分又はどれくらいの割合が吸収されるか、また造形平面７においてどの部分が反射又は散乱されるかを判定可能である。
【００４３】
したがって、造形材料３内で消耗されるエネルギーの制御により、適切な量のエネルギーが確実に吸収されるようにすることが可能である。このことは造形平面７に配置された照射される造形材料３の固化挙動に直接影響する。
【００４４】
さらに、図２に示す例示的実施形態による判定デバイス８は、熱放射などの造形平面７から放出される放射パラメータを判定するようになった、第４の判定ユニット２０を備える。第３の光学フィルタユニット２１が、造形平面７から放出される放射の伝播経路に関して、第４の判定ユニット２０の前方に提供される。第３の光学フィルタユニット２１は、エネルギービーム５の一部、例えばエネルギービーム５の反射部分１０を取り除くようになっていて、熱放射のみが確実に第４の判定ユニット２０に入射するようにされる。例えば、第３の判定ユニット１７をカメラとし、第４の判定ユニット２０をフォトダイオードとして、造形平面７から放出される放射の強度測定と強度分布の空間分解測定とを確保することができる。
【００４５】
図１、２に示す装置１の判定デバイス８はさらに、造形平面７上へのエネルギービーム５の入射角及び使用される造形材料の種類、具体的には付加製造プロセスに使用される造形材料３の吸収係数などの、プロセスパラメータ、を判定するようになっている。さらに、判定デバイス８は、付加製造プロセスで発生する残留物、例えば、煤、煙、若しくはくすぶり、又はプロセスチャンバ内１８の固化していない造形材料粒子など、を判定するようになっている。
【００４６】
個別の実施形態に関して記述された全ての特徴、詳細、及び利点は、任意に交換、転換、又は組み合わせ可能であることは勿論である。本発明の方法は、好ましくは本発明の判定デバイス８を使用して、本発明の装置１で遂行可能であることは自明であろう。
【図１】
2019196004.tif 000003
【図２】
2019196004.tif 000004
【外国語明細書】
2019196004000001.pdf