(57)【要約】      （修正有）【課題】積層造形装置内の空気流を制御する改良された方法の提供。【解決手段】積層造形のための方法、装置、およびプログラム。積層造形装置３００は、少なくとも２つの次元で少なくとも１つの構築ユニット３０２の独立した動きを提供するように構成された位置決め機構を含む。構築ユニット３０２は、構築ユニット３０２に対して第１の方向に沿って流れゾーンを提供するためのガス流装置をさらに含むことができる。構築ユニット３０２は、粉末送達機構および照射ビーム指向ユニットをさらに含むことができる。照射ビームユニットは、第１の照射経路に追随することができ、第１の照射経路は、少なくとも第１の凝固ラインと、第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形された部品を製造するためのシステムであって、前記システムは、
少なくとも１つの次元で少なくとも１つの構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）の独立した動きを提供するように構成された位置決め機構を含み、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）に対して第１の方向に沿って流れゾーン（８０３）を提供するためのガス流装置（４０４）と、
粉末送達機構と、
第１の照射経路に追従する照射ビーム指向ユニット（５０６）と、を含み、前記第１の照射経路は、少なくとも第１の凝固ラインと、前記第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成し、前記第１の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記流れゾーン（８０３）の前記第１の方向が前記第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第１の向きに配置され、前記第２の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に沿った前記流れゾーン（８０３）が前記第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第２の向きに配置される、積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項２】
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に対して実質的に垂直な軸の周りで前記位置決め機構に回転可能に取り付けられ、前記第１の向きから前記第２の向きに回転される、請求項１に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項３】
前記粉末送達機構は、回転可能な構築プラットフォーム（９１０）上に粉末を提供し、前記構築プラットフォーム（９１０）は、前記第１の凝固ラインの形成後に回転される、請求項２に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項４】
前記ガス流装置（４０４）は、前記第１の方向に沿って層流を生成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項５】
前記第１の凝固ラインは、複数の平行凝固ライン（２６７）を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項６】
前記第２の凝固ラインは、複数の平行凝固ライン（２６７）を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項７】
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、粉末リコータ（４０５）をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項８】
前記一連の第１の凝固ラインは第１の粉末層上に形成され、前記凝固ラインの第２のセットは、前記粉末送達機構によって前記第１の粉末層の上に設けられた第２の粉末層上に形成される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項９】
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）から独立して移動するように構成された移動構築プラットフォーム（９１０）をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
【請求項１０】
対象物（３３０，４１５）を製造するための方法であって、
少なくとも２つの次元で少なくとも１つの構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）の独立した動きを提供するように構成された機構を用いて前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）を位置決めするステップであって、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６，９０１）は、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）に対して第１の方向に沿ってガス流ゾーン（８０３）を提供することができる少なくとも１つのガス流装置（４０４）を含む、ステップと、
第１の角度で少なくとも部分的に第１の凝固ラインを形成するために、第１の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、
前記第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で少なくとも部分的に第２の凝固ラインを形成するために、第２の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、を含み、前記第１の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記流れゾーン（８０３）の前記第１の方向が前記第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置され、前記第２の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に沿った前記流れゾーン（８０３）が前記第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置される、方法。
【請求項１１】
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記第１の向きから前記第２の向きに回転される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス流装置（４０４）は、前記第１の方向に沿って層流を生成する、請求項１０および１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の照射経路に沿った粉末の照射は、前記第１の角度で複数の平行凝固ライン（２６７）を形成するステップを含む、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の照射経路に沿った粉末の照射は、前記第２の角度で複数の平行凝固ライン（２６７）を形成するステップを含む、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記一連の第１の凝固ラインは第１の粉末層上に形成され、前記凝固ラインの第２のセットは、前記粉末送達機構によって前記第１の粉末層の上に設けられた第２の粉末層上に形成される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層造形装置内の空気流を制御する改良された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形（ＡＭ）技術として、電子ビームフリーフォーム製造、レーザー金属堆積（ＬＭＤ）、レーザーワイヤ金属堆積（ＬＭＤ−ｗ）、ガス金属アーク溶接、レーザー加工ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザー焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、粉末供給指向エネルギー堆積（ＤＥＤ）、および三次元印刷（３ＤＰ）を例として挙げることができる。ＡＭは、除去的製造方法とは対照的に、一般にネットまたはニアネット形状（ＮＮＳ）の対象物を作製するために、１つまたは複数の材料の堆積を含む。「積層造形（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」は業界標準用語（ＡＳＴＭ  Ｆ２７９２）であるが、ＡＭは、フリーフォーム製造、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング／ツーリングなどを含む、様々な名称で知られている様々な製造およびプロトタイピング技術を包含する。ＡＭ技術は、多種多様な材料から複雑な構成要素を製造することができる。一般に、自立する対象物は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから作製することができる。例として、特定のタイプのＡＭプロセスは、エネルギービーム、例えば電子ビームまたはレーザービームなどの電磁放射を用いて粉末材料および／またはワイヤストックを焼結または溶融して、材料が互いに結合した中実の３次元対象物を作製する。
【０００３】
選択的レーザー焼結、直接レーザー焼結、選択的レーザー溶融、および直接レーザー溶融は、レーザー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って三次元（３Ｄ）対象物を製造することを示すために使用される、共通の業界用語である。例えば、米国特許第４，８６３，５３８号および米国特許第５，４６０，７５８号には、従来のレーザー焼結技術が記載されている。より具体的には、焼結は、粉末材料の融点を下回る温度で粉末の粒子を融合させること（凝集すること）を伴い、一方、溶融は、固体の均質な塊を形成するために粉末の粒子を十分に溶融することを伴う。レーザー焼結またはレーザー溶融に関連する物理的プロセスは、粉末材料への熱伝達、次いで粉末材料を焼結または溶融させることを含む。電子ビーム溶融（ＥＢＭ）は、集束電子ビームを用いて粉末を溶融させる。これらのプロセスは、粉末の層を連続的に溶融して金属粉末中に対象物を構築することを含む。
【０００４】
ＡＭ技術は、その例が上記および本開示の全体にわたって論じられており、レーザーまたはエネルギー源を使用して粉末を加熱して材料を少なくとも部分的に溶融させることによって特徴付けることができる。したがって、短時間に微細な粉末中に高濃度の熱が発生する。部品を構築している間の粉末内の高い温度勾配は、完成した部品の微細構造に大きな影響を及ぼし得る。急速な加熱および凝固は、高い熱応力を引き起こし、凝固した材料全体に局所的な非平衡相を生じさせることがある。さらに、完成したＡＭ部品中の結晶粒の配向は、材料中の熱伝導の方向によって制御することができるので、ＡＭ装置および技術におけるレーザーの走査方式は、ＡＭ構築部品の微細構造を制御する重要な方法になる。ＡＭ装置における走査方式の制御は、材料の欠陥のない部品を開発するためにさらに重要であり、欠陥の例として、融着空隙率および／または沸騰空隙率の欠如が挙げられる。
【０００５】
図１は、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）または直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）のための例示的な従来システム１１０の断面図を示す概略図である。装置１１０は、レーザー１２０などのソースによって生成されたエネルギービーム１３６を使用して粉末材料（図示せず）を焼結または溶融することによって、層ごとに（例えば、説明のために誇張された層Ｌ１、Ｌ２およびＬ３）、例えば部品１２２などの対象物を構築する、エネルギービームによって溶融される粉末は、リザーバ１２６により供給され、方向１３４に移動するリコータアーム１１６を用いて構築プレート１１４上に均等に分散し、粉末をレベル１１８に維持して、粉末レベル１１８の上方に延在する過剰の粉末材料を廃棄物容器１２８に取り除く。エネルギービーム１３６は、ガルボスキャナ１３２の制御の下で構築される対象物の断面層（例えば層Ｌ１）を焼結または溶融させる。構築プレート１１４が下降して、粉末の別の層（例えば層Ｌ２）が構築プレートおよび構築される対象物の上に分散され、続いてレーザー１２０によって粉末が連続して溶融／焼結される。溶融／焼結された粉末材料から部品１２２が完全に構築されるまで、処理が繰り返される。レーザー１２０は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって制御することができる。コンピュータシステムは、層ごとに走査パターンを決定し、走査パターンに従って粉末材料に照射するようにレーザー１２０を制御することができる。部品１２２の製造が完了した後に、様々な後処理手順が部品１２２に適用されてもよい。後処理手順には、例えば、吹き付けまたは真空引き、機械加工、サンディングまたは媒体ブラストによる過剰な粉末の除去が含まれる。さらに、従来の後処理は、例えば、機械加工によって、構築プラットフォーム／基板から部品１２２を除去することを含むことができる。他の後処理手順は、応力解放処理を含む。さらに、熱的および化学的後処理手順を、部品１２２を仕上げるために使用することができる。
【０００６】
上述のＡＭプロセスは、制御プログラムを実行するコンピュータによって制御される。例えば、装置１１０は、ファームウェア、オペレーティングシステム、または装置１１０とオペレータとの間のインターフェースを提供する他のソフトウェアを実行するプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）を含む。コンピュータは、形成される対象物の３次元モデルを入力として受け取る。例えば、３次元モデルは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して生成される。コンピュータはモデルを解析し、モデル内の各対象物のツールパスを提案する。オペレータは、出力、速度、および間隔などの走査パターンの様々なパラメータを定義または調整することができるが、一般にはツールパスを直接プログラムしない。当業者であれば、上述の制御プログラムが上述のＡＭプロセスのいずれにも適用可能であることを十分に理解するであろう。さらに、上述のコンピュータ制御は、任意の後処理またはハイブリッド処理で使用される任意の除去的製造または任意の前処理技術または後処理技術に適用可能であり得る。
【０００７】
上記の積層造形技術は、他の金属材料または合金の中でもステンレス鋼、アルミニウム、チタン、インコネル６２５、インコネル７１８、インコネル１８８、コバルトクロムから部品を形成するために使用することができる。例えば、上記の合金は、商品名Ｈａｙｎｅｓ  １８８（登録商標）、Ｈａｙｎｅｓ  ６２５（登録商標）、Ｓｕｐｅｒ  Ａｌｌｏｙ  Ｉｎｃｏｎｅｌ  ６２５（商標）、Ｃｈｒｏｎｉｎ（登録商標）６２５、Ａｌｔｅｍｐ（登録商標）６２５、Ｎｉｃｋｅｌｖａｃ（登録商標）６２５、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ（登録商標）６０２０、インコネル１８８を有する材料、および上記の技術を使用して部品の形成に魅力的な材料特性を有する任意の他の材料を含むことができる。
【０００８】
上記の例では、レーザーおよび／またはエネルギー源は、一般に、パターンに基づいて粉末層内に一連の凝固ライン（以下、相互変換可能にハッチライン、凝固ラインおよびラスタラインと呼ぶ）を形成するように制御される。凝固した材料の材料特性を改善または制御するために、完成した材料の応力を低減するために、ならびに／あるいはレーザーおよび／またはガルバノメータスキャナおよび／または電子ビームの磨耗を低減するために、構築時間を短縮するようにパターンを選択することができる。過去には、様々な走査方式が企図されており、例えば、チェス盤パターンおよび／またはストライプパターンが含まれる。
【０００９】
構築されたＡＭ部品の材料内の応力を制御する１つの試みは、ＡＭ構築プロセス中の層ごとにストライプ領域の境界を形成する凝固ラインに対して垂直に延びる複数の隣接する平行ベクトルを凝固ラインとして含むストライプ領域の回転を含む。ストライプによって境界が定められ、ストライプに垂直な凝固ラインは、ＡＭ構築の層ごとに回転される。ＡＭ装置における走査方式採用の制御の一例は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ａ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｏｂｊｅｃｔ」という名称のＤｉｍｔｅｒらの米国特許第８，０３４，２７９Ｂ２号に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００１０】
図２および図３は、上述の回転ストライプ方式を示す。レーザーが粉末の表面を走査して一連の凝固ライン２１３Ａ、２１３Ｂを形成する。一連の凝固ラインは構築層を形成し、各ストライプ領域の境界を形成する凝固ライン２１３Ａ、２１３Ｂに垂直なストライプ２１１Ａ、２１２Ａ、２１１Ｂ、２１２Ｂの形態の凝固ラインによって境界付けられる。凝固ライン２１１Ａ、２１２Ａによって境界付けられたストライプ領域は、構築される層のより大きな表面の一部を形成する。部品を形成する際に、部品断面のバルクは、多数のストライプ領域（横方向の凝固ラインを含む２つの凝固したストライプの間の領域）に分割される。ストライプの向きは、図２および図３に示すように、ＡＭ構築プロセス中に形成される層ごとに回転される。第１の層は、凝固したストライプ２１１Ａに対して実質的に垂直に形成され、凝固したストライプ２１１Ａにより境界付けられた、ストライプ領域内の、一連の平行な凝固ライン２１３Ａにより形成することができる。第１の層の上に形成された次の層では、ストライプ２１１Ｂは図３に示すように回転する。前の層に対して回転する凝固したストライプ２１１Ｂ、２１２Ｂのセットを介して凝固ライン２１３Ａ、２１３Ｂのストライプ境界を形成することによって、ストライプ２１１Ｂに垂直に形成され、ストライプ２１１Ｂによって境界付けられる凝固ライン２１３Ｂもまた前の層の凝固ライン２１３Ａに対して回転される。
【００１１】
典型的な粉末ベッドＡＭ装置は、材料の溶融および／または焼結の領域で一定のガス流を必要とする。上記ＡＭ装置のプロセスチャンバは、通常、プロセスチャンバ内に保護ガス雰囲気を確立するために、保護ガスをプロセスチャンバに供給することができる保護ガス回路に接続される。保護ガス回路は、一般に、例えば、残留原料粉末粒子および溶接煙粒子などの粒子状不純物を含むガスをプロセスチャンバから取り出すことができる放電領域をさらに含む。
【００１２】
上述の凝固ラインに関連して空気流を特定の向きに保つことは、ＡＭ構築部品の一定の冶金を生成する上で有利である。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋ  Ｐｉｅｃｅｓ」と題する、Ｗｉｅｓｎｅｒらの米国特許出願第２０１４／０３０１８８３Ａ１号には、上述の凝固ラインに対してＡＭ装置内のガス流を制御する必要性が開示されている。上記’８８３の出願では、ＡＭ装置は、構築面を横切って流れるガス流の流れの方向に対する角度が０°〜９０°、または２７０°〜３６０°になるように制御される。しかしながら、空気流の方向は固定されているので、ほとんどのＡＭ装置は、凝固ラインに対するガスの流れの方向を維持するためには、凝固ラインの形成とガス流との間の許容可能な角度範囲を決定し、提供されるガス流に対して許容可能な角度範囲内にある向きの凝固ラインのみを形成することを伴う。これにより、各層に形成される凝固ラインの角度の変化が大きく制限され、完成した部品の微細構造を制御する能力が制限される。
【００１３】
ガス流２９０の方向を変えることが必要であるが、それはＡＭ装置の複雑さを大幅に増大させる。さらに、その変化は遅延をもたらし、構築時間を増加させる。凝固ラインに対するガス流の方向を維持する別の方法は、凝固ラインの形成とガス流との間の許容可能な角度範囲を決定し、提供されるガス流に対して許容可能な角度範囲内にある向きで凝固ライン２１３Ａおよび／または２１３Ｂのみを形成することを伴う。
【００１４】
少なくとも上記の理由から、ＡＭ部品を構築する間に形成される凝固ラインに関連して構築面を横切るガス流を制御する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３６８０５３号明細書
【発明の概要】
【００１６】
１つの態様では、積層造形装置が開示されており、積層造形装置は、少なくとも２つの次元で少なくとも１つの構築ユニットの独立した動きを提供するように構成された位置決め機構を含む。構築ユニットは、構築ユニットに対して第１の方向に沿って流れゾーンを提供するためのガス流装置をさらに含むことができる。構築ユニットは、粉末送達機構および照射ビーム指向ユニットをさらに含むことができる。照射ビームユニットは、第１の照射経路に追随することができ、第１の照射経路は、少なくとも第１の凝固ラインと、第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成する。第１の凝固ラインの形成中に、構築ユニットは、流れゾーンの第１の方向が第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第１の向きに配置されてもよい。第２の凝固ラインの形成中に、構築ユニットは、第１の方向に沿った流れゾーンが第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第２の向きに配置されてもよい。
【００１７】
構築ユニットは、第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで位置決めシステムに回転可能に取り付けられてもよく、第１の向きから第２の向きに回転されてもよい。上記装置は、構築ユニットから独立して移動するように構成された移動プラットフォームをさらに含むことができる。例えば、構築プラットフォームは軸の周りに回転可能であってもよい。
【００１８】
対象物を製造するための方法がさらに開示される。本方法は、少なくとも２つの次元で少なくとも１つの構築ユニットの独立した動きを提供するように構成された機構を用いて構築ユニットを位置決めするステップを含むことができる。構築ユニットは、構築ユニットに対して第１の方向に沿ってガス流ゾーンを提供することができる少なくとも１つのガス流装置をさらに含むことができる。本方法は、第１の角度で少なくとも部分的に第１の凝固ラインを形成するために、第１の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で少なくとも部分的に第２の凝固ラインを形成するために、第２の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、をさらに含むことができる。第１の凝固ラインの形成中に、構築ユニットは、流れゾーンの第１の方向が第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置されてもよい。第２の凝固ラインの形成中に、構築ユニットは、第１の方向に沿った流れゾーンが第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置されてもよい。
【００１９】
積層造形装置を用いた積層造形プロセスをコンピュータに実行させるように構成されたプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体がさらに開示される。積層造形プロセスは、少なくとも１つの第１の凝固ラインを形成するステップを含むことができる。ガス流装置は、流れゾーンが第１の凝固ラインに実質的に垂直な第１の方向に沿うような第１の向きに配置されてもよい。非一時的コンピュータ可読媒体はさらに、第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成するように積層造形装置を制御するようにさらに構成されてもよい。ガス流装置は、流れゾーンが第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第２の向きに再配置されてもよい。
【００２０】
さらに、上記の態様または開示のいずれかにおいて、任意の数の構築ユニットを並行して、すなわち実質的に同時に使用して、１つまたは複数の対象物および／またはエンベロープをすべて同じ作業面上で構築することができる。
【００２１】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本開示の１つまたは複数の例示的な態様を示し、詳細な説明と共に、それらの原理および実施形態を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】部品の少なくとも一部を形成するために使用される従来の積層造形技術の側面図である。
【図２】部品の少なくとも一部を形成するために使用される従来のハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。
【図３】部品の少なくとも一部を形成するために使用される従来のハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。
【図４】従来のＡＭプロセス中の例示的な部品構築層を示す斜視図である。
【図５】本開示の一態様による、図４に示す部品の各層およびガス流の方向を形成するために使用されるハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。
【図６】本開示の一態様による構築ユニットの側面断面図である。
【図７】本開示の一態様による積層造形装置の構築ユニットおよび回転構築プラットフォームの一部の側面断面図である。
【図８】本開示の一態様による構築ユニットの例示的な向きを示す上面図である。
【図９】本開示の一態様による構築ユニットの例示的な向きを示す、図６の装置の斜視図である。
【図１０】本開示の一態様による構築ユニットの例示的な向きを示す、図７の装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書に記載された態様は、上に概説された例示的な態様に関連して記載されているが、公知であるか、または現在予想外であるかもしくは予想外であり得るかに関わらず、様々な代替例、修正例、変形例、改良例、および／または実質的な均等例が、当業者には明らかであろう。したがって、上記の例示的な態様は、例示的なものであり、限定するものではない。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。したがって、本開示は、すべての公知のまたは後に開発された代替例、修正例、変形例、改良例、および／または実質的な均等例を包含するように意図されている。
【００２４】
粉末を少なくとも部分的に溶融することによって部品を形成するために上記のＡＭ技術のいずれかを使用する場合、ラスタ走査方式で粉末材料を横切るレーザーの走査を用いて、ハッチ走査（以下、相互交換可能にハッチ走査、ラスタ、走査ライン、または凝固ラインと呼ぶ）を形成する。ＡＭ構築中に、上述の凝固ラインを使用して、部品断面のバルクを形成する。輪郭走査は、さらに、部品断面の縁部の輪郭を描くために使用されてもよい。ラスタ走査プロセスの間、エネルギー源またはレーザーは、ＡＭ構築の中実部分が所望される領域において、オンにされ、出力が増加され、かつ／または集束され、また、その層内の対象物の断面の溶融形成が望ましくないところでは、スイッチが切られ、デフォーカスされ、かつ／または出力が減少される。ラスタ走査プロセスの間に、例えば、構築される対象物の単一の溶融し融着した断面を形成するために、粉末の少なくとも部分的な融解および凝固の形成が隣接する凝固ラインに沿って繰り返され、一方、輪郭走査は部品の個別の境界または縁部を形成する。粉末ベッドを使用するＡＭ装置の例では、構築される対象物の１つの断面の溶融形成が完了すると、装置は完成した断面表面を追加の粉末層で被覆する。このプロセスは、対象物が完了するまで繰り返される。
【００２５】
上記の理由から、レーザーおよび／またはエネルギー源は、少なくとも以下の理由により、すなわち、構築時間を短縮し、粉末内の熱の蓄積を制御し、および／または構築の効率を高め、凝固した材料の材料特性を改善および／または制御し、完成した材料の応力を低減し、ならびに／あるいはレーザーおよび／もしくはガルバノメータスキャナの磨耗を低減するために、パターンを用いて粉末層内に一連の凝固ラインを形成するように制御される。
【００２６】
図４および図５に示すように、構築されたＡＭ部品は、複数の層２１５、２１６、２１７を含む。上記の方式の一例を示す。例えば、第１の層２１７は、凝固ラインとして形成されたストライプ２５７、２７７によって境界付けられたいくつかのストライプ領域にソフトウェアによって分割されてもよい。ストライプ２５７、２７７は、個々に形成された平行な隣接するベクトルまたは凝固ライン２６７の境界を形成することができる。部品の表面は、構築される表面を覆う複数のストライプを含む。図５に示すように、各ストライプ領域は、層２１７内の凝固したストライプ２５７、２７７によって境界付けられ、一連の平行凝固ライン２６７の境界を形成する。平行凝固ライン２６７は、凝固したストライプ境界２５７、２７７に対して垂直である。ストライプは層２１７内で第１の角度に配向され、垂直凝固ライン２６７はストライプ２５７、２７７に対して実質的に垂直に形成される。第２の層２１６上の凝固したストライプ２５６、２５７によって境界付けられたストライプ領域は、前の層２１７上の凝固したストライプ境界２５７、２７７に対して角度が付けられている。したがって、凝固したストライプ２５６、２７６に対して垂直に延在する凝固ライン２６６もまた、前の層２１７上の凝固ライン２６７に対して角度が付けられている。構築が進むにつれて、第３の層２１５上のストライプ２６５、２７５を有する次の層は、層２１７上のストライプ２５７、２７７に対して、さらに層２１６上のストライプ２５６、２７６に対して角度が付けられる。
【００２７】
本発明に従って使用することができる走査方式に関するさらなる詳細は、代理人整理番号０３７２１６．０００７０で２０１７年３月７日に出願された「Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｈａｔｃｈ  Ｐａｔｔｅｒｎ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／４５１，１０８号、代理人整理番号０３７２１６．０００７８で２０１７年３月６日に出願された「Ｌｅｇ  Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  Ｈａｔｃｈ  Ｐａｔｔｅｒｎ」と題する米国特許出願第１５／４５１０４３号、代理人整理番号０３７２１６．０００７７で２０１７年３月１５日に出願された「Ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ  Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｈａｔｃｈ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／４５９，９４１号に見いだすことができ、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２８】
最良の可能な構築環境のために、粉末ベッド積層造形装置は、材料の溶融および／または焼結の領域で一定のガス流を必要とする。上述および後述のＡＭ装置のプロセスチャンバは、通常、プロセスチャンバ内に保護ガス雰囲気を確立するために、保護ガスをプロセスチャンバに供給することができる保護ガス回路に接続される。保護ガス回路は、一般に、例えば、残留原料粉末粒子および溶接煙粒子などの粒子状不純物を含むガスをプロセスチャンバから取り出すことができる放電領域をさらに含む。本明細書で説明する装置および方法を使用して、例えば凝固ライン２５５、２６６、２６７に対して所望の向きのガス流２９０Ａ〜Ｃを提供することが可能である。図５に示すように、以下に述べる装置および方法は、ＡＭ構築中にガス流の方向を各層２１７、２１６、２１５に対して制御することを可能にする。例えば、層２１７に形成される凝固ライン２６７に対してガス流２９０Ｃが実質的に垂直であるように、構築ユニット（以下に説明する）を配置することができる。層２１７が完成すると、粉末が所望の領域に供給され、層２１６は、ガス流２９０Ｂが凝固ライン２６６に対して実質的に垂直であるような向きで構築ユニットにより形成される。同様に、層２１６が完成すると、粉末が所望の領域に供給され、層２１７は、ガス流２９０Ｃが凝固ライン２５５に対して実質的に垂直であるような向きで構築ユニットにより形成される。本開示の全体を通じて、ガス流領域は実質的に垂直であるように言及されるが、本開示はそれに限定されないことに留意されたい。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、凝固ラインに対して９０度以外の角度でガス流を有することが望ましい場合がある。
【００２９】
図６は、本発明による大規模ＡＭ装置の一実施形態の一例を示す。この装置は、位置決めシステム（図示せず）と、照射放射指向装置４０１、層状ガス流ゾーン４０４、および構築される対象物４１５の下に構築プレート（図示せず）を含む構築ユニット４００と、を含む。最大構築面積は、従来のシステムの場合のように粉末ベッドにより画定される代わりに、位置決めシステム（図示せず）によって画定され、特定の構築の構築領域は、対象物と共に動的に構築することができる構築エンベロープ４１４に限定することができる。一般に、本発明で使用される位置決めシステムは、ガントリシステム、デルタロボット、ケーブルロボット、ロボットアームなどの任意の多次元位置決めシステムであってもよい。照射放射指向装置４０１は、第２の位置決めシステム（図示せず）によって構築ユニット４００の内部で独立して移動することができる。構築ユニットの外部の大気環境、すなわち「構築環境」または「収容ゾーン」は、酸素含有量が典型的な周囲空気に対して減少し、環境が減圧状態になるように制御することができる。いくつかの実施形態では、使用されるリコータは選択的リコータである。選択的リコータ４１１の一実施形態を図６に示す。
【００３０】
また、レーザー源の場合には、照射放射指向装置によって指向されるレーザー照射を含む光子を発生させる照射源が存在してもよい。照射源がレーザー源である場合には、照射放射指向装置は、例えば、ガルボスキャナであってもよく、レーザー源は、構築環境の外部に配置されてもよい。このような状況下では、レーザー照射は、任意の適切な手段、例えば光ファイバーケーブルによって照射放射指向装置に搬送することができる。照射源が電子源である場合には、電子源は、照射放射指向装置によって指向される電子ビームを含む電子を発生させる。照射源が電子源である場合には、照射放射指向装置は、例えば、偏向コイルであってもよい。本発明の一実施形態による大規模積層造形装置が動作している際に、照射放射指向装置がレーザービームを指向する場合には、一般に、実質的に層状のガス流４０３Ｂゾーンを提供するガス流装置４０４を含むことが有利である。図６に示すように、流れ方向は矢印４０３Ｂで表され、図６に示す例ではＸ方向に沿った流れを表す。レーザーの代わりに、またはレーザーと組み合わせて、電子ビームを使用することもできる。電子ビームは周知の照射源である。例えば、「Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔ」と題するＬａｒｓｓｏｎによる米国特許第７，７１３，４５４号は、電子ビームシステムについて論じており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
ガス流装置４０４は、加圧出口部分（図示せず）および真空入口部分（図示せず）にガスを提供することができ、ガス流ゾーン４０３およびリコータ４０５に向かう方向４０３Ｂにガス流を提供することができる。ガス流ゾーン４０４の上には、不活性環境４１９を収容することができるエンクロージャ４１８がある。リコータ４０５は、バックプレート４０７およびフロントプレート４０８を含むホッパー４０６を含むことができる。リコータ４０５はまた、少なくとも１つの作動要素４０９と、少なくとも１つのゲートプレート４１０と、リコータブレード４１１と、アクチュエータ４１２と、リコータアーム４１３と、を有する。リコータは、取り付けプレート４２０に取り付けられている。図６はまた、例えば、積層造形またはＭｉｇ／Ｔｉｇ溶接によって形成され得る構築エンベロープ４１４と、形成される対象物４１５と、対象物４１５を形成するために使用されるホッパー４０６に収容された粉末４１６と、を示す。この特定の例では、アクチュエータ４１２は作動要素４０９を作動させて、ゲートプレート４１０をフロントプレート４０８から引き離す。一実施形態では、アクチュエータ４１２は、例えば、空気圧アクチュエータであってもよく、作動要素４０９は双方向バルブであってもよい。一実施形態では、アクチュエータ４１２は、例えば、ボイスコイルであってもよく、作動要素４０９はばねであってもよい。フロントプレート４０８とバックプレート４０７との間には、対応するゲートプレートが作動要素によって粉末ゲートから引き離されたときに粉末を流すことを可能にするホッパーギャップ４１７もある。粉末４１６、バックプレート４０７、フロントプレート４０８、およびゲートプレート４１０は、すべて同じ材料であってもよい。あるいは、バックプレート４０７、フロントプレート４０８、およびゲートプレート４１０は、すべて同じ材料であってもよく、その材料は、例えば、コバルト−クロムなどの任意の所望の材料に適合する材料であってもよい。本発明の一実施形態のこの特定の例では、ガス流ゾーン４０４内のガス流はｘ方向に流れるが、構築ユニットに対して任意の所望の方向にも流れることができる。リコータブレード４１１は、ｘ方向の幅を有する。θ２が約０であるときの照射放射ビームの方向は、この図ではｚ方向を規定する。ガス流ゾーン４０４内のガス流は実質的に層状であってもよい。照射放射指向装置４０１は、第２の位置決めシステム（図示せず）によって独立に移動可能であってもよい。この図は、ゲートプレート４１０が閉位置にあることを示している。
【００３２】
さらに、上述の選択的粉末リコーティング機構４０５は、単一の粉末ディスペンサのみを含むが、粉末リコーティング機構は、複数の異なる材料粉末を収容する複数の区画を含んでもよいことに留意されたい。
【００３３】
ゲートプレート４１０が開位置にあるときには、ホッパー内の粉末が堆積して新鮮な粉末層５２１を作り、これはリコータブレード５１１によって平滑にされて実質的に均一な粉末層を作る。本発明のいくつかの実施形態では、実質的に均一な粉末層は、構築ユニットが移動すると同時に照射されてもよく、これは構築ユニットの連続的な動作を可能にし、したがって対象物のより速い製造を可能にする。
【００３４】
図７は、構築ユニット３０２の詳細を含む製造装置３００の側面図を示し、これは構築プラットフォームの遠い側に描かれている。移動構築ユニット３０２は、照射ビーム指向機構５０６と、ガス流ゾーンに向かって方向５３８にガス流を供給するガス入口およびガス出口（図示せず）を有するガス流機構５３２と、粉末リコーティング機構５０４と、を含む。この例では、流れ方向は矢印ヘッド５３８で表され、図７に示す例ではＸ方向に沿った流れを表す。ガス流ゾーン５３８の上には、不活性環境５４２を収容するエンクロージャ５４０が存在してもよい。リコータプレート５４４に装着された粉末リコーティング機構５０４は、バックプレート５４６とフロントプレート５４８とを含む粉末ディスペンサ５１２を有する。粉末リコーティング機構５０４はまた、少なくとも１つの作動要素５５２と、少なくとも１つのゲートプレート５１６と、リコータブレード５５０と、アクチュエータ５１８と、リコータアーム５０８と、を含む。この実施形態では、アクチュエータ５１８は、図７に示すように、作動要素５５２を作動させてゲートプレート５１６をフロントプレート５４８から引き離す。フロントプレート５４８とゲートプレート５１６との間にギャップ５６４があり、ゲートプレート５１６が作動要素５５２によってフロントプレート５４８から引き離されたときに粉末を回転構築プラットフォーム３１０上に流すことを可能にする。
【００３５】
図７は、開位置にあるゲートプレート５１６を有する構築ユニット３０２を示す。粉末ディスペンサ５１２内の粉末５１５を堆積させて、新鮮な粉末層５５４を作り、これをリコータブレード５１０によって回転構築プラットフォーム３１０の上面（すなわち、構築面または作業面）の一部の上に平滑化して、実質的に均一な粉末層５５６を形成し、次いで、この粉末層５５６が照射ビーム５５８によって照射されて、印刷された対象物３３０の一部である融着層になる。いくつかの実施形態では、構築ユニット３０２が移動しているのと同時に実質的に均一な粉末層５５６を照射することができ、これにより構築ユニット３０２の連続的な動作が可能となり、したがって、印刷されたまたは成長した対象物３３０のより時間効率の良い生産が可能になる。回転構築プラットフォーム３１０上に構築される対象物３３０が、外側構築壁３２４および内側構築壁３２６によって制約された粉末ベッド３１４内に示されている。本発明の一実施形態のこの特定の例では、ガス流ゾーン５３２内のガス流はｘ方向に流れるが、構築ユニットに対して任意の所望の方向にも流れることができる。
【００３６】
上述の選択的粉末リコーティング機構５０４は、単一の粉末ディスペンサのみを含むが、粉末リコーティング機構は、複数の異なる材料粉末を収容する複数の区画を含んでもよいことに留意されたい。
【００３７】
本発明に従って使用することができる単一ユニットおよび／または複数ユニットのための構築ユニットおよび位置決め機構に関するさらなる詳細は、代理人整理番号０３７２１６．００１０３で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｂｕｉｌｄ  Ｖｏｌｕｍｅ」と題する米国特許出願第１５／６１０，１７７号、代理人整理番号０３７２１６．００１０２で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／６０９，９６５号、代理人整理番号０３７２１６．００１０８で２０１７年５月３１日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｗｉｔｈ  ａ  Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｇｒｏｗｎ  Ｂｕｉｌｄ  Ｗａｌｌ」と題する米国特許出願第１５／６１０，１１３号、代理人整理番号０３７２１６．００１０９を有し、２０１７年５月３１日に出願された「実時間同時較正加算および減算製造方法」と題された米国特許出願第１５／６１０，２１４号、代理人整理番号０３７２１６．００１１０で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｔｏ  Ｒｅｃｏｖｅｒ  Ｕｎｕｓｅｄ  Ｒａｗ  Ｍａｔｅｒｉａｌ」と題する米国特許出願第１５／６０９，７４７号、代理人整理番号０３７２１６．０００６１で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｇｒｏｗｎ  Ｂｕｉｌｄ  Ｅｎｖｅｌｏｐｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４４４号、代理人整理番号０３７２１６．０００５９で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｂｕｉｌｄ  Ｖｏｌｕｍｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４６７号、代理人整理番号０３７２１６．０００６０で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｃａｎ  Ａｒｅａ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４５４号、代理人整理番号０３７２１６．０００６２で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒｅｃｏａｔｅｒ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４６１号、代理人整理番号０３７２１６．０００７１で２０１７年１月１３日に出願された「Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４７１号に見いだすことができ、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３８】
図４および図５に示す例示的な凝固ラインの向きに関して上述したように、上記のＡＭ装置に関して、各層２１５〜２１７の凝固ライン（例えば、符号２５５、２６６、および／または２６７）の角度が変化する際に、上述した製造装置における移動構築ユニットは、所望のガス流方向と凝固ラインの向きとを可能にするように配向されている。
【００３９】
図８は、本開示の１つの態様によるガス流の配向制御の一例を示す。例えば、単一の層（例えば、図４に示すような）は、第１の向き６０６に形成された凝固ラインで形成されてもよい。この例では、上記の構築ユニットのいずれかを簡略化したバージョンが符号６１６Ａで示されている。ＡＭプロセスを使用して部品６１０を構築する場合に、構築ユニット６１６Ａを第１の位置に移動させて凝固ライン６０６Ａを形成することができる。構築ユニット６１６Ａは、ガス流が、形成される凝固ライン６０６Ａに対して実質的に垂直になり得る方向６０８Ａになるように、第１の位置に配向されてもよい。第２の層（例えば、図４に示すＬ２）では、凝固ライン６０６Ａを形成するために使用される向きとは異なる第２の向きに凝固ライン６０６Ｂを形成することが望ましい場合がある。構築ユニットを、凝固ライン６０６Ｂを使用して部品６１０の少なくとも一部を形成するために経路６１２を経由して移動することができ、形成される凝固ライン６０６Ｂに対してガス流方向６０８Ｂが実質的に垂直となるように、構築ユニットを位置６１６Ｂに配向することができる。同様に、第３の層（例えば、図４に示すＬ３）では、凝固ライン６０６Ｂを形成するために使用される向きとは異なる第２の向きに凝固ライン６０６Ｃを形成することが望ましい場合がある。構築ユニットを、凝固ライン６０６Ｃを使用して部品６１０の少なくとも一部を形成するために経路６１４を経由して移動することができ、形成される凝固ライン６０６Ｃに対してガス流方向６０８Ｃが実質的に垂直となるように、構築ユニットを位置６１６Ｃに配向することができる。上述の例は、凝固ライン６０６Ａ〜６０６Ｃが各層（例えば、図４に示すようなＬ１〜Ｌ３）との変形であることを論じているが、凝固ライン６０６Ａ〜６０６Ｃも単一層を形成しながら変化させることができることに留意されたい。言い換えれば、凝固ライン６０６Ａ〜Ｃの各々および構築ユニットの向きおよびガス流方向６０８Ａ〜Ｂは、それぞれ、単一層（例えば、図４に示す層Ｌ１、Ｌ２、および／またはＬ３のみ）で生じてもよい。図８に示す位置および向き、ならびに開示したすべての図は、例として示しているに過ぎず、当業者であれば、任意の向きおよび／または凝固ラインおよび／または一連の向きが現在の開示に基づいて可能であることを理解するであろうことにさらに留意されたい。さらに、構築速度をさらに向上させるために、複数の構築ユニットを同時に使用することができることに留意されたい。
【００４０】
図９は、開示された発明の例示的な応用の斜視図である。例えば、本開示のガス流制御は、構築プロセスの間に適用される粉末８１３を収容するための成長した構築エンベロープ８１８内にＡＭ部品８１０を形成するための移動構築ユニット８０２に適用可能であり得る。単一層（例えば、図４に示す）は、第１の向き８０６Ａに形成された凝固ラインで形成されてもよい。この例では、上述の構築ユニットのいずれかを簡略化したバージョンを符号８０２で示す。ＡＭプロセスを使用して部品８１０を構築する場合に、構築８０２は、凝固ライン８０６Ａを形成するために、第１の位置および向き８１６Ａに移動されてもよい。ガス流が、形成される凝固ライン８０６Ａに対して実質的に垂直になり得る方向８０８Ａになるようにガス流ゾーン８０３が配置されるように、構築ユニット８０２を第１の位置８１６Ａに配向することができる。第２の層（例えば、図４に示すＬ２）では、凝固ライン８０６Ａを形成するために使用される向きとは異なる第２の向きに凝固ライン８０６Ｂを形成することが望ましい場合がある。構築ユニットを、凝固ライン８０６Ｂを使用して部品８１０の少なくとも一部を形成するために経路８１２を経由して移動させ、方向Ｒに回転させることができ、形成される凝固ライン８０６Ｂに対してガス流方向８０８Ｂが実質的に垂直となるように、構築ユニットを位置８１６Ｂに配向することができる。上述の例は、凝固ライン８０６Ａ〜Ｂが各層（例えば、図４に示すようなＬ１〜Ｌ２）との変形であることを論じているが、凝固ライン８０６Ａ〜Ｂも単一層を形成しながら変化させることができることに留意されたい。言い換えれば、凝固ライン８０６Ａ〜Ｂの各々および構築ユニットの向きおよびガス流方向８０８Ａ〜Ｂは、それぞれ、単一層（例えば、図４に示す層Ｌ１、Ｌ２、および／またはＬ３のみ）で生じてもよい。図９に示す位置および向き、ならびに開示したすべての図は、例として示しているに過ぎず、当業者であれば、任意の向きおよび／または凝固ラインおよび／または一連の向きが現在の開示に基づいて可能であることを理解するであろうことにさらに留意されたい。さらに、構築速度をさらに向上させるために、複数の構築ユニットを同時に使用することができることに留意されたい。
【００４１】
図１０は、開示された発明の例示的な応用の斜視図である。例えば、本開示のガス流制御は、移動構築プラットフォーム９１０上にＡＭ部品９１０を形成するための移動構築ユニット９０２に適用可能であり得る。ＡＭ部品９１０は、構築プロセス中に適用される粉末８１３を収容するために、成長した構築エンベロープおよび／または構築エンベロープ８１８内に構築することができる。図１０では、図を簡略化するために、構築ユニット９０２が単一の位置に示されているが、構築ユニットは、点線９１６Ａ、９１６Ｂによって表される位置、および／または装置９００内の任意の位置に移動してもよい。さらに、回転可能な構築プラットフォーム９１０が使用されるので、構築ユニットは、ｙ方向に対して静止していてもよく、単純に回転してｚ方向に移動し、半径方向（図１０ではｘ方向）内側および外側に移動してもよいことに留意されたい。したがって、回転可能なプラットフォーム９１０の回転と併せた移動によって、構築ユニットが装置９００内の実質的に任意の位置にＡＭ部品の一部を構築することができる。さらに、構築プラットフォーム９１０は、ｚ方向に移動可能な構築ユニットと組み合わせて、またはそれに代えて、ｚ方向に移動可能であることに留意されたい。一態様では、例えば、構築プラットフォーム９１０はｚ方向に移動可能であり、構築ユニット９０１は、ｚ方向には静止しながら、半径方向（すなわち、図１０に示すｘ方向）内側および外側に回転可能かつ移動可能である。さらに別の例として、構築ユニット９０２は、構築ユニットが回転可能でｚ方向に移動可能であることのみ必要であるように、十分に大きくてもよい。言い換えれば、構築ユニット９０２が、構築されている半径方向部分の全幅をカバーするように十分に大きい場合には、構築ユニットは部品の全幅にわたって構築材料を走査することができるので、構築ユニットは、空気流の方向を変えるように回転可能であればよい。さらに、上記の態様では、構築ユニット９０２は、構築プラットフォーム９１０が静止したままラスタ走査を任意の方向に形成することができるように、各方向（すなわち、回転可能、ｚ、ｘ、およびｙ）に移動可能であってもよいことに留意されたい。当業者であれば、以下に述べるプロセスは、ＡＭ部品を形成するための上記の動きの任意の単一または組み合わせに適用可能であることを理解するであろう。
【００４２】
単一層（例えば、図４に示す）は、第１の向き９０６Ａに形成された凝固ラインで形成することができる。この例では、上述の構築ユニットのいずれかを簡略化したバージョンを符号９０２で示す。ＡＭプロセスを使用して部品９１０を構築する場合に、構築ユニット９０２は、凝固ライン９０６Ａを形成するために、第１の位置および向き９１６Ａに移動されてもよい。ガス流が、形成される凝固ライン９０６Ａに対して実質的に垂直になり得る方向９０８Ａになるようにガス流ゾーンが配置されるように、構築ユニット９０２を第１の位置９１６Ａに配向することができる。第２の層（例えば、図４に示すＬ２）では、凝固ライン９０６Ａを形成するために使用される向きとは異なる第２の向きに凝固ライン９０６Ｂを形成することが望ましい場合がある。構築ユニットを、凝固ライン９０６Ｂを使用して部品８１０の少なくとも一部を形成するために移動および／または回転させることができ、形成される凝固ライン９０６Ｂに対してガス流方向９０８Ｂが実質的に垂直となるように、構築ユニットを位置９１６Ｂに配向することができる。上述の例は、凝固ライン９０６Ａ〜Ｂが各層（例えば、図４に示すようなＬ１〜Ｌ２）との変形であることを論じているが、凝固ライン９０６Ａ〜Ｂも単一層を形成しながら変化させることができることに留意されたい。言い換えれば、凝固ライン９０６Ａ〜Ｂの各々および構築ユニットの向きおよびガス流方向９０８Ａ〜Ｂは、それぞれ、単一層（例えば、図４に示す層Ｌ１、Ｌ２、および／またはＬ３のみ）で生じてもよい。図１０に示す位置および向き、ならびに開示したすべての図は、例として示しているに過ぎず、当業者であれば、任意の向きおよび／または凝固ラインおよび／または一連の向きが現在の開示に基づいて可能であることを理解するであろうことにさらに留意されたい。さらに、構築速度をさらに向上させるために、複数の構築ユニットを同時に使用することができることに留意されたい。
【００４３】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、好ましい実施形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。記載した様々な実施形態、ならびにこのような各態様の他の公知の均等物は、本出願の原理に従ってさらなる実施形態および技術を構築するように、当業者によって混合し適合することができる。
［実施態様１］
積層造形された部品を製造するためのシステムであって、前記システムは、
少なくとも１つの次元で少なくとも１つの構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）の独立した動きを提供するように構成された位置決め機構を含み、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）に対して第１の方向に沿って流れゾーン（８０３）を提供するためのガス流装置（４０４）と、
粉末送達機構と、
第１の照射経路に追従する照射ビーム指向ユニット（５０６）と、を含み、前記第１の照射経路は、少なくとも第１の凝固ラインと、前記第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成し、前記第１の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記流れゾーン（８０３）の前記第１の方向が前記第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第１の向きに配置され、前記第２の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に沿った前記流れゾーン（８０３）が前記第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるような第２の向きに配置される、積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様２］
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に対して実質的に垂直な軸の周りで前記位置決め機構に回転可能に取り付けられ、前記第１の向きから前記第２の向きに回転される、実施態様１に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様３］
前記粉末送達機構は、回転可能な構築プラットフォーム（９１０）上に粉末を提供し、前記構築プラットフォーム（９１０）は、前記第１の凝固ラインの形成後に回転される、実施態様２に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様４］
前記ガス流装置（４０４）は、前記第１の方向に沿って層流を生成する、実施態様１に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様５］
前記第１の凝固ラインは、複数の平行凝固ライン（２６７）を含む、実施態様３に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様６］
前記第２の凝固ラインは、複数の平行凝固ライン（２６７）を含む、実施態様５に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様７］
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、粉末リコータ（４０５）をさらに含む、実施態様１に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様８］
前記一連の第１の凝固ラインは第１の粉末層上に形成され、前記凝固ラインの第２のセットは、前記粉末送達機構によって前記第１の粉末層の上に設けられた第２の粉末層上に形成される、実施態様６に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様９］
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）から独立して移動するように構成された移動構築プラットフォーム（９１０）をさらに含む、実施態様１に記載の積層造形された部品を製造するためのシステム。
［実施態様１０］
対象物（３３０，４１５）を製造するための方法であって、
少なくとも２つの次元で少なくとも１つの構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）の独立した動きを提供するように構成された機構を用いて前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）を位置決めするステップであって、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６，９０１）は、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）に対して第１の方向に沿ってガス流ゾーン（８０３）を提供することができる少なくとも１つのガス流装置（４０４）を含む、ステップと、
第１の角度で少なくとも部分的に第１の凝固ラインを形成するために、第１の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、
前記第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で少なくとも部分的に第２の凝固ラインを形成するために、第２の照射経路に沿って粉末を照射するステップと、を含み、前記第１の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記流れゾーン（８０３）の前記第１の方向が前記第１の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置され、前記第２の凝固ラインの形成中に、前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に沿った前記流れゾーン（８０３）が前記第２の凝固ラインに対して実質的に垂直となるように配置される、方法。
［実施態様１１］
前記構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記第１の向きから前記第２の向きに回転される、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１２］
前記ガス流装置（４０４）は、前記第１の方向に沿って層流を生成する、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１３］
前記第１の照射経路に沿った粉末の照射は、前記第１の角度で複数の平行凝固ライン（２６７）を形成するステップを含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１４］
前記第２の照射経路に沿った粉末の照射は、前記第２の角度で複数の平行凝固ライン（２６７）を形成するステップを含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記一連の第１の凝固ラインは第１の粉末層上に形成され、前記凝固ラインの第２のセットは、前記粉末送達機構によって前記第１の粉末層の上に設けられた第２の粉末層上に形成される、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
積層造形装置を用いた積層造形プロセスをコンピュータに実行させるように構成されたプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記積層造形プロセスは、
少なくとも１つの第１の凝固ラインを形成するステップであって、ガス流装置（４０４）が、前記流れゾーン（８０３）が前記第１の凝固ラインに実質的に垂直な第１の方向に沿うような第１の向きに配置される、ステップと、
前記第１の凝固ラインに対して０°および１８０°以外の角度で形成された少なくとも第２の凝固ラインを形成するステップであって、前記ガス流装置（４０４）は、前記流れゾーン（８０３）が前記第２の凝固ラインに実質的に垂直になるような第２の向きに再配置される、ステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１７］
前記積層造形プロセスの実行中に、前記積層造形装置の構築ユニット（３０２，４００，６１６Ａ，９０１）は、前記第１の方向に対して実質的に垂直な軸の周りで前記第１の向きから前記第２の向きに回転するように制御される、実施態様１６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１８］
前記積層造形プロセスの実行中に、前記ガス流装置（４０４）は、前記第１の方向に沿って層流を生成するように制御される、実施態様１６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１９］
前記積層造形プロセスの実行中に、前記照射ビーム指向ユニット（５０６）は、前記第１の凝固ラインと、前記第１の凝固ラインに平行な複数の凝固ラインと、を形成するように制御され、前記照射ビーム指向ユニット（５０６）は、前記第２の凝固ラインと、前記第２の凝固ラインに平行な複数の凝固ラインと、を形成するように制御される、実施態様１６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様２０］
前記積層造形装置は、粉末送達機構によって、第１の粉末層上に凝固ラインの第１の系列を形成し、第１の粉末層の上に設けられた第２の粉末層上に凝固ラインの第２のセットを形成するようにさらに制御される、実施態様１９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様２１］
前記積層造形装置は、前記第１の凝固ラインまたは前記第２の凝固ラインの少なくとも一方を形成した後に移動構築プラットフォーム（９１０）を回転させるようにさらに制御される、実施態様１６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【符号の説明】
【００４４】
１１０  装置、従来システム
１１４  構築プレート
１１６  リコータアーム
１１８  粉末レベル
１２０  レーザー
１２２  部品
１２６  リザーバ
１２８  廃棄物容器
１３２  ガルボスキャナ
１３４  方向
１３６  エネルギービーム
１８８  インコネル
２１１Ａ  ストライプ、凝固ライン
２１１Ｂ  ストライプ
２１２Ａ  ストライプ、凝固ライン
２１２Ｂ  ストライプ
２１３Ａ  凝固ライン
２１３Ｂ  凝固ライン
２１５  第３の層
２１６  第２の層
２１７  第１の層
２５５  凝固ライン
２５６  ストライプ
２５７  ストライプ境界
２６５  ストライプ
２６６  凝固ライン
２６７  凝固ライン、平衡凝固ライン、垂直凝固ライン
２７７  ストライプ境界
２９０  ガス流
２９０Ａ  ガス流
２９０Ｂ  ガス流
２９０Ｃ  ガス流
３００  製造装置
３０２  構築ユニット、移動構築ユニット
３１０  回転構築プラットフォーム
３１４  粉末ベッド
３２４  外側構築壁
３２６  内側構築壁
３３０  対象物
４００  構築ユニット
４０１  照射放射指向装置
４０３  ガス流ゾーン
４０３Ｂ  ガス流、方向、矢印
４０４  ガス流装置、ガス流ゾーン
４０５  リコータ、選択的粉末リコーティング装置
４０６  ホッパー
４０７  バックプレート
４０８  フロントプレート
４０９  作動要素
４１０  ゲートプレート
４１１  リコータブレード、選択的リコータ
４１２  アクチュエータ
４１３  リコータアーム
４１４  構築エンベロープ
４１５  対象物
４１６  粉末
４１７  ホッパーギャップ
４１８  エンクロージャ
４１９  不活性環境
４２０  取り付けプレート
５０４  粉末リコーティング機構
５０６  照射ビーム指向機構
５０８  リコータアーム
５１０  リコータブレード
５１１  リコータブレード
５１２  粉末ディスペンサ
５１５  粉末
５１６  ゲートプレート
５１８  アクチュエータ
５２１  粉末層
５３２  ガス流機構、ガス流ゾーン
５３８  矢印ヘッド、方向、ガス流ゾーン
５４０  エンクロージャ
５４２  不活性環境
５４４  リコータプレート
５４６  バックプレート
５４８  フロントプレート
５５０  リコータブレード
５５２  作動要素
５５４  粉末層
５５６  粉末層
５５８  照射ビーム
５６４  ギャップ
６０６  第１の向き
６０６Ａ  凝固ライン
６０６Ｂ  凝固ライン
６０６Ｃ  凝固ライン
６０８Ａ  ガス流方向
６０８Ｂ  ガス流方向
６０８Ｃ  ガス流方向
６１０  部品
６１２  経路
６１４  経路
６１６Ａ  構築ユニット
６２５  インコネル
７１８  インコネル
８０２  移動構築ユニット
８０３  ガス流ゾーン
８０６Ａ  凝固ライン、第１の向き
８０６Ｂ  凝固ライン
８０８Ａ  ガス流方向
８０８Ｂ  ガス流方向
８１０  ＡＭ部品
８１２  経路
８１３  粉末
８１６Ａ  第１の位置および向き
８１８  構築エンベロープ
９００  装置
９０１  構築ユニット
９０２  移動構築ユニット
９０６Ａ  凝固ライン、向き
９０６Ｂ  凝固ライン
９０８Ａ  ガス流方向
９０８Ｂ  ガス流方向
９１０  構築プラットフォーム、ＡＭ部品
９１６Ａ  第１の位置および向き、点線、
９１６Ｂ  点線
【図１】
2019073797.tif 000003
【図２】
2019073797.tif 000004
【図３】
2019073797.tif 000005
【図４】
2019073797.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2019073797.tif 000009
【図８】
2019073797.tif 000010
【図９】
2019073797.tif 000011
【図１０】
2019073797.tif 000012
【外国語明細書】
2019073797000001.pdf