(57)【要約】【課題】製造プロセスが改善された装置を提供すること。【解決手段】エネルギービーム（４）によって固化することができる造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体（２）を付加製造する装置（１）が、エネルギービーム（４）を生成するように構成された照射デバイス（５）を有し、エネルギービーム（４）は、エネルギービーム（４）の光ビーム経路（６）に沿って造形平面（７）上へ伝播し、エネルギービーム（４）は、少なくとも１つの固化区間（８）内で造形材料（３）を照射する装置において、固化区間（８）に隣接する少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するか、又は固化区間（８）から放出される放射（１２ａ）及び隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するように構成された検出デバイス（１１）が提供される。【選択図】図１
2019038245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム（４）によって固化することができる造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体（２）を付加製造する装置（１）であって、前記エネルギービーム（４）を生成するように構成された照射デバイス（５）を有し、前記エネルギービーム（４）が、前記エネルギービーム（４）の光ビーム経路（６）に沿って造形平面（７）上へ伝播し、前記エネルギービーム（４）が、少なくとも１つの固化区間（８）内で造形材料（３）を照射する装置において、
前記固化区間（８）に隣接する少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するか、又は前記固化区間（８）から放出される放射（１２ａ）及び前記隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するように構成された検出デバイス（１１）を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記検出された放射が進む光ビーム経路（１２）が、前記エネルギービーム（４）が進む前記光ビーム経路（６）とは異なることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検出デバイス（１１）は、少なくとも１つの固化区間（８）及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間（９、１０）の温度を検出し、且つ／又は少なくとも１つの固化区間（８）と少なくとも１つの隣接区間（９、１０）との間の温度勾配を判定するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記検出された温度及び／又は前記判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整又は設定するように構成された制御ユニット（１７）を有することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニット（１７）は、特に事前定義された閾値を超過する前記検出された温度及び／又は前記判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つの固化区間（８）内の前記温度を制御し、特に降下させ、且つ／又は少なくとも１つの隣接区間（９、１０）内の前記温度を制御し、特に上昇させ、且つ／又は少なくとも１つの固化区間（８）と少なくとも１つの隣接区間（９、１０）との間の前記温度勾配を低減させるように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（１７）は、前記エネルギービーム（４）の周囲パラメータ及び／若しくは経路速度、並びに／又は前記造形材料（３）の状態に応じて、前記温度及び／又は前記温度勾配を制御するように構成されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのパラメータ、特に温度及び／又は温度勾配を記憶するように構成されたデータ記憶部を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの固化区間（８）及び／又は前記少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される前記放射（１２ａ、１２ｂ）を前記検出デバイス（１１）へ偏向させるように構成された走査ユニット（１３）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
前記走査ユニット（１３）は、前記少なくとも１つの固化区間（８）及び／又は前記少なくとも１つの隣接区間（９、１０）が前記検出デバイス（１１）の測定ユニット（１４）上へ撮像されるように、前記照射デバイス（５）と、特に前記造形平面（７）上で前記エネルギービーム（４）を案内するように構成された前記照射デバイス（５）の少なくとも１つのビーム偏向ユニットと、同期されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出デバイス（１１）は、前記少なくとも１つの固化区間（８）及び／又は前記少なくとも１つの隣接区間（９、１０）を前記測定ユニット上へ撮像するように構成された少なくとも１つの光学素子（１６）、特にアポクロマートを備えることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記測定ユニット（１４）は、少なくとも１つのカメラ、好ましくは高温計カメラ、特に比色高温計カメラを備えることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記造形平面（７）と前記検出デバイス（１１）との間に配置された保護ガラス（１５）を有し、前記保護ガラス（１５）の透過スペクトルが、１７０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
前記検出デバイス（１１）は、前記固化区間（８）に隣接する少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するか、又は前記固化区間（８）から放出される放射（１２ａ）及び前記隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）を検出するように構成されることを特徴とする、特に請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置（１）向けの検出デバイス（１１）。
【請求項１４】
前記保護ガラス（１５）は、造形平面（７）と検出デバイス（１１）との間に配置可能であり、前記保護ガラス（１５）の透過スペクトルが、１７０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置（１）向けの保護ガラス（１５）。
【請求項１５】
エネルギービーム（４）によって固化することができる造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体（２）を付加製造する少なくとも１つの装置（１）、特に請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置を動作させる方法であって、前記エネルギービーム（４）が、エネルギービーム（４）の経路に沿って造形平面（７）上へ伝播し、前記エネルギービーム（４）が、少なくとも１つの固化区間内で造形材料（３）を照射する方法において、
前記固化区間（８）に隣接する少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）が検出されるか、又は前記固化区間（８）から放出される放射（１２ａ）及び前記隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２ｂ）が検出されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
−エネルギービーム（４）によって直接照射される少なくとも１つの固化区間（８）及び前記エネルギービーム（４）によって直接照射されない少なくとも１つの隣接区間（９、１０）から放出される放射（１２）を検出するステップと、
−前記少なくとも１つの固化区間（８）及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間（９、１０）の温度を検出し、且つ／又は少なくとも１つの固化区間（８）及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間（９、１０）の間の温度勾配を判定するステップと、
−前記検出された温度及び／又は前記判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つのプロセスパラメータを制御するステップと
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【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することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造する装置であって、エネルギービームを生成するように構成された照射デバイスを有し、エネルギービームは、光ビーム経路に沿って造形平面上へ伝播し、エネルギービームは、少なくとも１つの固化区間（固化ゾーン）内で造形材料を照射する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は、従来技術からよく知られており、エネルギービームが、造形材料層を選択的に照射し、造形材料は、エネルギービームによる照射によって固化される。エネルギービームは、照射デバイスを介して生成され、造形平面上へ光ビーム経路に沿って案内される。言い換えれば、エネルギービームは、造形平面内に位置する造形材料の表面上へ選択的に案内され、造形材料の表面のうちエネルギービームが案内される部分が照射され、それによって固化される。いくつかの層を連続して選択的に照射することによって、３次元の物体は付加造形される。造形平面内でエネルギービームが案内される経路をエネルギービーム経路（「書き込み経路（ｗｒｉｔｉｎｇ  ｐａｔｈ）」）と呼び、光ビーム経路は、エネルギービームが照射デバイス、特に照射デバイスのビーム源から光学素子を通って造形平面へ進む経路を指す。言い換えれば、エネルギービーム経路は、造形平面内のエネルギービームの位置の変動である。
【０００３】
さらに、固化区間内の温度を検出して、製造プロセスの品質に関する情報、特に照射された造形材料が適切に固化されているかどうかに関する情報を生成することが従来技術から知られている。加えて、製造プロセスで造形される物体のプロセス品質及び／又は構造パラメータは、固化区間に隣接する区間内の温度に依存する。特に、固化区間と隣接区間との間の温度勾配が、定義された値を超過した場合、造形された物体の品質に対するマイナスの影響、たとえば造形された物体の体積内に亀裂が生じる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、目的は、製造プロセスが改善された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明において、請求項１に記載の装置によって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に準拠する。
【０００６】
本明細書に記載する装置は、エネルギー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」）層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体、たとえば技術的構成要素を付加製造する装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマーの粉末とすることができる。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とすることができる。それぞれの装置は、たとえば、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とすることができる。
【０００７】
この装置は、その動作中に使用されるいくつかの機能ユニットを備える。例示的な機能ユニットには、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構成された照射デバイス、及び所与の流動特性、たとえば所与の流動プロファイル、流速などでプロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス状流体流、たとえばガス流を生成するように構成された流れ生成デバイスが挙げられる。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生成される煙又は煙残留物で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不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。検出デバイスは、造形平面から放出される放射を検出デバイスの少なくとも１つのセンサ、特にカメラへ案内するように構成された走査ユニットを備えることができる。
【０００８】
本発明は、固化区間に隣接して位置する少なくとも１つの隣接区間から放出される放射を検出するか、又は固化区間から放出される放射及び隣接区間から放出される放射を検出するように構成された検出デバイスが提供されるという概念に基づいている。したがって、この装置により、固化区間に隣接する区間から放出される放射を検出して、製造プロセスが固化区間内の造形材料に隣接する造形材料に与える影響に関する情報を生成することが可能になる。したがって、従来技術では、固化区間に関する情報を取得し、固化区間に隣接する区間に与える影響を推定することしかできなかったが、隣接区間に直接関連する情報を生成することが可能になる。
【０００９】
本出願の範囲内では、エネルギービームが造形材料を直接照射する区間を「固化区間（固化ゾーン；ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ  ｚｏｎｅ）」と呼ぶ。固化区間に隣接する区間（「隣接区間（隣接ゾーン；ａｄｊａｃｅｎｔ  ｚｏｎｅ）」）は特に、固化区間に熱接触しており、エネルギービームによる固化区間の照射によって固化区間内の造形材料の温度が上昇することで、熱接触のために隣接区間内の温度も上昇する。たとえば、隣接区間は、固化区間に直接接触しており、又は固化区間を取り囲んでいる。本出願の範囲内で、「放出する（ｅｍｉｔ）」又は「放出（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）」という用語は、表面における放射の反射を指すとともに、並びに物体又は体積、たとえば造形材料の体積による放射、たとえば物体の加熱のための熱放射、の生成及び解放を指す。
【００１０】
特に、検出された放射が進む検出された放射の光ビーム経路は、エネルギービーム経路とは異なる。検出された放射の光ビーム経路は、造形平面内の造形材料から放出される放射が進む経路を指す。特に、放出される放射は、造形平面から検出デバイス、たとえば検出デバイスの光センサへ進む。したがって、この装置は、従来技術とは異なり、情報を取得するために使用される放射、すなわち検出された放射が、造形平面で反射又は生成されて、造形材料を照射するために使用されるエネルギービームと同じ光ビーム経路を逆方向に進むように設計されるのではない。代わりに、検出デバイスは、検出された放射の光ビーム経路がエネルギービームの光ビーム経路とは異なるように配置される。したがって、検出された放射は、照射デバイスの光学構成要素、たとえばエネルギービームを造形平面上へ視準及び／又は集束させるために使用される光学構成要素を通らない。典型的な照射デバイスのそのような光学構成要素は、エネルギービームの波長を有し又はエネルギービームの波長に近い放射が通過することを主として可能にするように、広い範囲の波長スペクトルを濾過するフィルタユニット、たとえば反射防止コーティングを備える。検出された放射は、造形平面によって放出された放射、特に熱放射及び反射された放射を指し、それぞれ検出デバイスの方へ案内され、又は検出デバイスを介して検出される。
【００１１】
このことは、検出された放射が、造形材料を照射するために使用されるエネルギービームと同じ光ビーム経路を進む装置内では、情報が失われることから、広い範囲の波長スペクトルの濾過を示唆している。装置のこの実施形態によれば、検出された放射は、エネルギービームと同じ光ビーム経路を進まず、それにより、他のフィルタユニット（コーティング）の有無にかかわらず、より広い波長スペクトルの放射が通過することを可能にする光学構成要素を使用することが可能になる。さらに、検出デバイスがエネルギービームの光ビーム経路に干渉する必要なく、放射を検出することができる。
【００１２】
この装置の一実施形態によれば、検出デバイスは、少なくとも１つの固化区間及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間の温度を検出するように、且つ／又は少なくとも１つの固化区間と少なくとも１つの隣接区間との間の温度勾配を判定するように構成される。当然ながら、造形すべき物体に応じて、複数の固化区間及び複数の隣接区間が存在することができる。検出デバイスは、固化区間内だけでなく、少なくとも１つの隣接区間内でも温度の検出を可能にする。これにより、エネルギービームによる照射が隣接区間内の造形材料に与える影響に関する情報の生成が可能になる。
【００１３】
特に、隣接区間の温度を直接検出し、したがって固化区間と隣接区間との間の温度フラックス（温度流束）を判定することが可能である。それによって、隣接区間は、エネルギービームによって直接照射された固化区間との熱接触により加熱される。隣接区間の検出された温度、及び固化区間の温度又はたとえば２つの隣接区間の温度に基づいて、造形材料及び物体内の熱歪み及び／又は機械的応力を判定することができる。さらに、造形材料及び／又は物体に欠陥、たとえば亀裂が生じる傾向を推定することができる。
【００１４】
温度及び／又は温度勾配の検出により、装置の使用者は、様々なパラメータ、特にエネルギービームの強度及び／又はパワーなどのビームパラメータを調整して、事前定義された値を上回る温度勾配が造形材料内に応力をもたらすのを回避することが可能になる。
【００１５】
この装置は、検出された温度及び／又は判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整又は設定するように構成された制御ユニットを提供することによってさらに改善することができる。したがって、制御ユニットは、検出された温度及び／又は判定された温度勾配に基づいて、様々なプロセスパラメータを設定又は調整することができる。制御ユニットによってプロセスパラメータを制御することで、少なくとも半自動化されたプロセス制御が可能になり、制御ユニットによって、検出された温度及び／又は判定された温度勾配に応じて、それぞれのプロセスパラメータを自動的に制御することができる。プロセスパラメータは、プロセス品質が強化されるように、特に造形材料及び／又は物体に対するマイナスの影響が低減又は回避されるように、制御することができる。
【００１６】
特に、制御ユニットは、特に事前定義された閾値を超過する検出された温度及び／又は判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つの固化区間内の温度を制御し、特に降下させ、且つ／又は少なくとも１つの隣接区間内の温度を制御し、特に上昇させ、且つ／又は少なくとも１つの固化区間と少なくとも１つの隣接区間との間の温度勾配を低減させるように構成することができる。
【００１７】
したがって、固化区間内の温度を直接制御し、且つ少なくとも１つの隣接区間の温度を直接又は間接的に制御することによって、物体内の機械的応力又は熱歪みを低減させることが可能になる。熱接触のため、固化区間を加熱することによって、隣接区間を間接的に加熱することができる。さらに、エネルギービーム、又はそれぞれの温度要素、たとえば放射加熱器若しくは水加熱器を介して、隣接区間を加熱することができる。それぞれの温度は、検出された温度及び／又は判定された温度勾配に応じて直接制御することができる。たとえば、温度勾配が定義された閾値を下回る場合、固化区間の温度を上昇させることが可能である。温度勾配が定義された閾値を上回る場合、制御ユニットは、特有のプロセスパラメータ、たとえばエネルギービームの強度又はパワーを低減させて、固化区間内の温度を降下させることができる。
【００１８】
さらに、たとえば加熱要素、たとえば放射加熱器又は流体加熱器によって隣接区間を加熱することによって、１つ又は複数の隣接区間内の温度を直接制御することが可能になる。さらに、エネルギービームを介して隣接区間を加熱することもできる。隣接区間を加熱することによって、隣接区間の温度が固化区間内の温度に少なくとも部分的に適合されるため、現在の温度勾配を低減させることができる。当然ながら、固化区間又は様々な隣接区間内の温度を上昇又は降下させるあらゆる組合せが可能である。制御ユニットは、温度勾配が事前定義された閾値を超過した場合、それぞれの温度又は温度勾配を制御することができる。閾値は、造形材料の少なくとも１つの特性、たとえば造形材料の蒸発温度若しくは溶融温度又は熱膨張に関して定義することができる。
【００１９】
この装置の別の実施形態によれば、制御ユニットは、エネルギービームの周囲パラメータ及び／若しくは経路速度並びに／又は造形材料の状態に応じて、温度及び／又は温度勾配を制御するように構成される。したがって、それぞれの温度及び／又は温度勾配は、周囲パラメータ、たとえばプロセスチャンバ内の周囲温度及び／又はガス流の特性に応じて制御される。追加又は別法として、エネルギービームが造形材料の体積を照射する持続時間は、造形材料のそれぞれの体積内で使われるエネルギーに直接影響するため、たとえばエネルギービームの経路速度に対応して造形材料内で使われるエネルギーに応じて、温度及び／又は温度勾配を制御することが可能になる。造形平面の上でエネルギービームをより低速又は高速で動かすことによって、造形材料内で使われるエネルギーをより多く又はより少なくすることができる。
【００２０】
さらに、造形材料の状態に関して、温度及び／又は温度勾配を制御することができる。造形材料の状態は、造形材料の状態と造形材料が耐えることができる温度又は温度勾配との関係が考慮されるように、適したセンサによって検出することができる。センサは、たとえば、造形材料の湿度を検出するように構成することができる。
【００２１】
装置は、少なくとも１つのパラメータ、特に温度及び／又は温度勾配を記憶するように構成されたデータ記憶部が提供されるという点でさらに改善することができる。少なくとも１つのパラメータの記憶により、製造プロセスの文書化及び強化された品質管理が可能になる。それによって、製造プロセス内に存在するパラメータ、たとえば固化区間の温度及び／又は隣接区間内の温度と、造形された物体の特性とを関係付けることが可能になる。特に、物体の特有の特性又は特徴を、物体の製造中に存在して記憶されたパラメータに関連付けることができる。したがって、物体の現在の機械的特性又は特徴について、製造プロセスまで遡ることができ、物体に対するプラス及びマイナスの影響を文書化することができ、この文書化はまた、将来の製造プロセスに使用することをできる。
【００２２】
さらに、少なくとも１つの固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間から放出される放射を検出デバイスへ案内するように構成された走査ユニットを提供することができる。したがって、走査ユニットは基本的に、照射デバイスのビーム偏向ユニットと同様に、放射源、たとえば造形平面内の造形材料から放出される放射が、定義された位置、すなわち定義された平面、たとえば検出デバイスのセンサのセンサ表面へ案内されるように機能する。この走査ユニットにより、固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間をセンサ上へ撮像することが可能になり、当然ながら、固化区間の位置は、造形平面上のエネルギービームの現在の位置とともに変動する。したがって、造形平面内でエネルギービーム経路を進むエネルギービームの位置を追跡し、固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間を検出デバイスのセンサ上へ撮像することが可能になる。走査ユニットは、放出された放射を検出デバイスへ案内するように構成されるため、造形平面の任意の位置から放出される放射を監視することが可能である。
【００２３】
また、固化区間、たとえば造形平面内のエネルギービームの現在の位置に対して定義された距離をあけた区間、に関して、その定義された位置から放出される放射を検出することも可能である。エネルギービームが造形平面上をエネルギービーム経路に沿って進むにつれて、その定義された位置から放出される放射は、検出デバイスへ案内されていく。
【００２４】
特に、走査ユニットは、少なくとも１つの固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間が、検出デバイスの測定ユニット上へ撮像されるように、照射デバイス、特に造形平面上でエネルギービームを案内するように構成された照射デバイスの少なくとも１つのビーム偏向ユニットと同期させることができる。走査ユニットを、照射デバイス又は特にビーム偏向ユニットと同期させることで、走査ユニットを介して造形平面上のエネルギービームの現在の位置を検出デバイスへ撮像することができるため、固化区間の同期された監視が可能になる。造形平面上のエネルギービームの位置の変動により、検出デバイスを介して監視される位置が更新されるようになる。したがって、「オンライン」監視が可能になる。
【００２５】
検出デバイスは、少なくとも１つの固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間を測定ユニット上へ撮像するように構成された少なくとも１つの光学素子を備えることができ、この光学素子はアポクロマートである。アポクロマート（ａｐｏｃｈｒｏｍａｔ）の使用は、光学素子を通る放射の波長が変化するときに焦点距離がほとんど変動しないため、有利である。したがって、撮像誤差を低減させることができる。
【００２６】
この装置の別の実施形態によれば、測定ユニットは、少なくとも１つの高温計カメラ（パイロメータカメラ）、特に比色高温計カメラを備える。高温計カメラの使用により、造形平面上の少なくとも１つの区間の温度の局所分解が可能になる。さらに、少なくとも１つの固化区間及び／又は少なくとも１つの隣接区間の温度の検出を時間分解で実行することができる。したがって、局所的に変動する温度、したがって温度勾配の検出が可能になる。したがって、温度及び温度勾配を局所的に時間分解で検出／判定することができる。これにより、物体内の起こり得る熱歪み又は機械的応力の検出又は判定が改善される。
【００２７】
さらに、この装置は、造形平面と検出デバイスとの間に配置された保護ガラスを提供することによって改善することができ、保護ガラスの透過スペクトルは、１７０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内である。使用される保護ガラスは、広い波長スペクトルからの放射を通過させるように構成される従来技術とは異なる。これにより、隣接区間、特にエネルギービームの放射とは異なる放射を撮像する区間の分析が可能になる。保護ガラスの使用とともに上述した検出デバイスの配置は、通常の照射デバイスを使用することができるために有利である。さらに、既存の照射デバイスに変更を加える必要はなく、特に照射デバイスの光学構成要素の変更を省略することができ、その結果、照射デバイスのすべての構成要素の光学的に有効な表面に、通常どおり反射防止コーティングを施すことができる。これにより、労力をあまり必要としない効率的な設定が可能になる。
【００２８】
さらに、本発明は、検出デバイス、特に上述した装置向けの検出デバイスに関し、検出デバイスは、固化区間に隣接する少なくとも１つの隣接区間から放出される放射や、又は固化区間から放出される放射及び隣接区間から放出される放射を検出するように構成される。この装置に関して記載するすべての利点、特徴、及び詳細は、この検出デバイスにも完全に移行可能であることは自明である。
【００２９】
加えて、本発明は、エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造する少なくとも１つの装置を動作させる方法に関し、エネルギービームは、エネルギービームの光ビーム経路に沿って造形平面上へ伝播し、エネルギービームは、少なくとも１つの固化区間内で造形材料を照射し、固化区間に隣接する少なくとも１つの隣接区間から放出される放射が検出されるか、又は固化区間から放出される放射及び隣接区間から放出される放射が検出される。
【００３０】
さらに、本発明は、付加製造装置、特に上述した装置向けの保護ガラスに関し、保護ガラスは、装置の造形平面と検出デバイスとの間に配置可能であり、保護ガラスの透過スペクトルは、１７０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内である。
【００３１】
当然ながら、この装置及び検出デバイスに関して記載するすべての利点、特徴、及び詳細は、この方法にも完全に移行可能である。特に、この方法は、上述した装置上で実行することができる。
【００３２】
一実施形態によれば、この方法は、
−エネルギービームによって直接照射される少なくとも１つの固化区間及びエネルギービームによって直接照射されない少なくとも１つの隣接区間から放出される放射を検出するステップと、
−少なくとも１つの固化区間及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間の温度を検出し、且つ／又は少なくとも１つの固化区間及び／若しくは少なくとも１つの隣接区間の間の温度勾配を判定するステップと、
−検出された温度及び／又は判定された温度勾配に応じて、少なくとも１つのプロセスパラメータを制御するステップとを含む。
【００３３】
この実施形態による方法は、固化区間から並びに隣接区間からの放射の検出を可能にする。固化区間内の放射は、造形材料の加熱による熱放射、及び固化区間内で固化された造形材料の金属表面上で反射されたエネルギービームの放射を含む。隣接区間と固化区間との熱接触のため、隣接区間内の造形材料も同様に加熱され、隣接区間から放出される放射は主に、検出することができる熱放射である。
【００３４】
固化区間及び／又は隣接区間からの放射を検出することによって、様々な区間の温度が検出され、温度勾配を判定することができる。温度勾配に基づいて、物体に対するマイナスの影響が存在するかどうか、特に物体内に熱歪み又は機械的応力が存在する可能性があるかどうかを推定することが可能になる。判定された温度勾配及び／又は検出された温度に応じて、少なくとも１つのプロセスパラメータを制御して、物体内に機械的応力又は熱歪みが誘起されるのを回避することができる。
【００３５】
本発明の例示的な実施形態について、図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
この図は、エネルギービーム４によって固化することができる造形材料層３を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体２を付加製造する装置１を示し、エネルギービーム４を生成するように構成された照射デバイス５を有し、エネルギービーム４は、エネルギービーム４の光ビーム経路６に沿って造形平面７上へ伝播する。エネルギービーム４は、複数の固化区間８内で造形材料３を照射する。したがって、固化区間８内の造形材料３は、エネルギービーム４によって照射され、それによって固化される。
【００３８】
この図は、固化区間８に隣接する隣接区間９、１０をさらに示し、隣接区間９、１０は、固化区間８に熱接触しており、固化区間８内に堆積した熱エネルギーが、隣接区間９、１０も加熱する。
【００３９】
装置１は、隣接区間９、１０及び固化区間８から放出され、放出された放射１２ａ、１２ｂの光ビーム経路１２を進んでいる放射１２ａ、１２ｂを検出するように構成された検出デバイス１１を備える。この図では、固化区間８から放出される放射１２ａを参照符号１２ａで示し、隣接区間９、１０の１つから放出される放射１２ｂを参照符号１２ｂで示す。言い換えれば、検出デバイス１１は、エネルギービーム４のうち造形平面７の表面で反射される放射１２ｂ、並びに固化区間８及び隣接区間９、１０内の造形材料３の加熱のために放出される熱放射１２ａ、１２ｂなど、造形平面７から放出される放射１２ａ、１２ｂ全体を検出する。
【００４０】
検出デバイス１１は、造形平面７から放出される放射１２ａ、１２ｂを、光センサ、たとえばＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサを備える測定ユニット１４へ案内するように構成された走査ユニット１３を備える。特に、測定ユニット１４は、単一の区間８〜１０の温度を検出するのに適した局所分解を提供するように構成された高温計カメラ（パイロメータカメラ）として構築することができ、又はそれを備えることができる。固化区間８から放出される放射１２ａ及び隣接区間９、１０から放出される放射１２ｂは、たとえば４００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長スペクトル内で透過性の保護ガラス１５を透過する。したがって、造形平面７から放出され、放出された放射１２ａ、１２ｂの光ビーム経路１２に沿って進む放射１２ａ、１２ｂのほぼ全体が、保護ガラス１５を通過することができる。
【００４１】
走査ユニット１３は、放射１２ａ、１２ｂを測定ユニット１４へ案内し、放射１２ａ、１２ｂは、アポクロマート（ａｐｏｃｈｒｏｍａｔ）として構築された光学素子１６を通過する。
【００４２】
したがって、検出デバイス１１は、放射１２ａ、１２ｂを検出し、それによって固化区間８及び隣接区間９、１０の温度を検出するように構成される。これらの温度を検出することによって、隣接区間９と固化区間８との間及び固化区間８と隣接区間１０との間の温度勾配を判定することが可能になる。さらに、検出された温度及び判定された温度勾配に応じて、物体２の特性に関するそれぞれの情報を生成することができる。
【００４３】
装置１は、様々なプロセスパラメータ、たとえばエネルギービーム４のパワー及び／又は強度などのビームパラメータを制御するように構成された制御ユニット１７をさらに備える。したがって、制御ユニット１７は、照射デバイス５、たとえばエネルギービーム４のビーム速度、たとえばエネルギービーム経路に沿って進む造形平面７内のエネルギービーム４の位置の変動の速度を制御することができる。
【００４４】
この図から導出することができるように、造形平面７から放出される放射１２ａ、１２ｂの光ビーム経路１２は、エネルギービーム４の光ビーム経路６とは異なる。したがって、照射デバイス５は、照射デバイス５の単一の各光学構成要素（図示せず）の透過スペクトルに関して変更する必要はない。代わりに、検出デバイス１１内で使用される保護ガラス１５及び他の構成要素の広い透過スペクトルのため、情報の損失が低減されるかどうかにかかわらず、放射１２ａ、１２ｂの分析又は検出を可能にする検出デバイス１１を使用することができる。
【００４５】
制御ユニット１７は、それぞれの区間８〜１０内又はそれらの間での温度及び温度勾配を制御するようにさらに構成される。特に、温度勾配の定義された閾値を超過した場合、制御ユニット１７は、それぞれのプロセスパラメータ、特にエネルギービーム４のエネルギービームパワー又はエネルギービーム強度を制御して、物体２内に亀裂をもたらす可能性のある機械的応力又は熱歪みなどの物体２に対するマイナスの影響を回避することができる。
【００４６】
さらに、装置１は、隣接区間９、１０を加熱し、隣接区間９、１０を加熱することによって隣接区間９、１０と固化区間８との間の温度勾配を低減させるように構成された加熱要素（図示せず）、たとえば造形平面７の下に位置する水加熱器又は放射加熱器を備えることができる。上述した方法は、図に示した装置１上で実行することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  装置
２  ３次元物体
３  造形材料（層）
４  エネルギービーム
５  照射デバイス
６  光ビーム経路
７  造形平面
８  固化区間
９  隣接区間
１０  隣接区間
１１  検出デバイス
１２  光ビーム経路
１２ａ  放射
１２ｂ  放射
１３  走査ユニット
１４  測定ユニット
１５  保護ガラス
１６  光学素子
１７  制御ユニット
【図１】
2019038245.tif 000003