(57)【要約】【課題】エネルギービーム４を用いて硬化させることが可能な造形材料３の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体２を付加的に製造する装置１，１５であって、このエネルギービーム４が照射機器６を介して造形面５上に案内される装置において、より広範囲の情報の生成を可能にする装置を提供することを課題とする。【解決手段】この装置には、製造プロセスにおいて放出される放射線１２のスペクトル情報を決定するように構成された評価ユニット１１が配備されている。【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（４）を用いて硬化させることが可能な造形材料（３）の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体（２）を付加的に製造する装置（１，１５）であって、このエネルギービーム（４）が照射機器（６）を介して造形面（５）上に案内される装置において、
製造プロセスにおいて放出される放射線（１２）のスペクトル情報を決定するように構成された評価ユニット（１１）が配備されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記の評価ユニット（１１）が、造形面（５）から放出される放射線（１２）及び／又は前記の照射機器（６）の集束光学系と造形面（５）の間の容積から放出される放射線（１２）のスペクトル情報を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記の評価ユニット（１１）が、製造プロセスにおいて放出される放射線（１２）のスペクトル構成に関するスペクトル情報、特に、製造プロセスにおいて放出される放射線（１２）のスペクトルの少なくとも一つの輝線及び／又は少なくとも一つの吸収線に関する情報、特に、造形面（５）から放出される熱放射線（１２）の少なくとも一つの吸収線に関する情報を決定するように構成されてい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】
前記の評価ユニット（１１）が、造形面（５）の少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）から放出される放射線（１２）のスペクトル情報を決定することと、この少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）に隣接する、造形面（５）の少なくとも一つの隣接ゾーン（１４）から放出される放射線（１２）のスペクトル情報を決定することとの中の一つ以上であるように構成されており、この硬化ゾーン（１３）では、エネルギービーム（４）が造形材料に直に照射されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
前記の評価ユニット（１１）が、特に、少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）及び／又は少なくとも一つの隣接ゾーン（１４）に対して、場所分解能及び／又は時間分解能を有する形で前記のスペクトル情報を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
前記の評価ユニット（１１）が、造形面（５）上の少なくとも二つの場所（１８ａ〜１８ｐ）及び／又は少なくとも二つの時点に関して決定されたスペクトル情報を有する、造形面（５）の少なくとも一つの部分の少なくとも一つのマップ（１７）を生成するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記の評価ユニット（１１）が、製造プロセスにおいて付加的に造形される物体（２）の少なくとも二つの異なる層のスペクトル情報を有する、特に、少なくとも二つのマップ（１７）から成る三次元マップ（１９）を生成するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記のスペクトル情報、少なくとも一つのマップ及び少なくとも一つの三次元マップ（１９）の中の一つ以上を保存するように構成された保存ユニットが配備されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一つの検出されたスペクトル情報に応じて、少なくとも一つのプロセスパラメータを制御するように構成された制御ユニットが配備されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１０】
前記の評価ユニット（１１）が、製造プロセスの間に前記のスペクトル情報を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
前記の評価ユニット（１１）が、エネルギービーム（４）と共焦点に配置されているか、或いは分離形態で配置されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１２】
制御ユニットが、前記の評価ユニット（１１）を校正するように構成されていることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
前記のスペクトル情報が、
造形材料（３）の少なくとも一つの特性、特に、造形材料の組成、造形材料の湿度及び造形材料（３）内の不純物の中の一つ以上と、
少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）及び／又は少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）に隣接する少なくとも一つの隣接ゾーン（１４）の温度、場所に関する温度変化及び時間に関する温度変化の中の一つ以上と、
少なくとも二つの隣接ゾーン（１４）の間及び／又は少なくとも一つの隣接ゾーン（１４）と少なくとも一つの硬化ゾーン（１３）の間の温度勾配と、
の中の一つ以上を含むか、それらの中の一つ以上と関連するか、或いはその両方であることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか一つに記載の装置（１，１５）のための評価ユニット（１１）において、この評価ユニット（１１）が、製造プロセスにおいて放出される放射線（１２）のスペクトル情報を決定するように構成されていることを特徴とする評価ユニット。
【請求項１５】
エネルギービーム（４）を用いて硬化させることが可能な造形材料（３）の層を層毎に順次選択的に照射（１２）して硬化させることによって、三次元物体（２）を付加的に製造する少なくとも一つの装置（１，１５）、特に、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の装置（１，１５）の動作方法であって、エネルギービーム（４）が造形面（５）上に案内される方法において、
製造プロセスにおいて放出される放射線（１２）のスペクトル情報が決定され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、エネルギービームを用いて硬化させることが可能な造形材料の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体を付加的に製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、少なくとも一つのエネルギービームを発生して案内するように構成された照射機器を備えた付加的製造装置が知られている。そのエネルギービームは、造形面に配置された造形材料の表面に渡って案内され、その際、そのエネルギービームは、エネルギービーム行路に沿って進む。エネルギービーム行路に沿って進むことによって、少なくとも一つの硬化ゾーンが規定されて、そのゾーンでは、エネルギービームが造形材料に直に照射され、それにより造形材料の各層が選択的に硬化される。複数の層を順次照射することによって、三次元物体を造形している。
【０００３】
更に、従来技術では、造形面から、例えば、硬化ゾーンから放出される放射線を検出することが知られている。その放射線を検出することによって、例えば、プロセス及び物体の品質に関する情報を生成することができる。例えば、硬化ゾーンの温度を検出又は測定することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、より広範囲の情報の生成を可能にする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】
この課題は、請求項１に基づく装置によって達成される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【０００６】
ここで述べる装置は、エネルギービームを用いて硬化させることが可能な粉末状造形材料（「造形材料」と称する）の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体、例えば、技術的な部品を付加的に製造する装置である。各造形材料は、金属粉末、セラミック粉末又はポリマー粉末とすることができる。各エネルギービームは、レーザービーム又は電子ビームとすることができる。各装置は、例えば、選択的レーザー焼結装置、選択的レーザー溶解装置又は選択的電子ビーム溶解装置とすることができる。
【０００７】
本装置は、その動作中に使用される一定数の機能機器を備えている。機能機器の例は、プロセス室や、プロセス室内に配置された造形材料に少なくとも一つのエネルギービームを選択的に照射するように構成された照射機器や、所与のストリーム特性、例えば、所与のストリーム輪郭、ストリーム速度などで、少なくとも部分的にプロセス室を通って流れるガス状流体流を生成するように構成されたストリーム発生機器である。このガス状流体流には、プロセス室を通って流れる間に本装置の動作中に発生する硬化されなかった造形材料、特に、スモーク又はスモーク残留物が添加される可能性が有る。このガス状流体流は、典型的には、不活性である、即ち、典型的には、不活性ガス、例えば、アルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。
【０００８】
本発明は、製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトル情報を決定するように構成された評価ユニットを配備するとの考えに基づいている。従って、製造プロセスに影響するパラメータに関する情報を得るために、製造プロセスにおいて発生する放射線のスペクトル情報、例えば、スペクトル構成を使用することが可能である。例えば、そのようなパラメータは、造形材料の組成、特に、不純物、或いはその組成の場所的変化及び／又は造形材料の湿度である。製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトルを評価することによって、プロセス及び物体の品質要件に適合していることを検証することが可能である。従って、例えば、造形材料及び／又は製造すべき物体の特有の特徴を評価するために、製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトル情報を決定して、更に処理することができる。特に、その材料の組成は、以下において詳しく述べる通り、放出される放射線から求めることができる。
【０００９】
本出願の範囲内では、製造プロセスにおいて放出される放射線とは、三次元物体の付加的製造装置のプロセス室内の場所、例えば、造形面から放出される放射線であると理解される。「放出」又は「放出される」との用語は、容積、地点又は面から放射線を放出することができる全ての考え得る形式を含むが、造形材料の表面での反射、或いは造形材料の表面又は容積からの熱放射線に限定されない。従って、例えば、造形材料を照射するために使用されて、硬化ゾーン（エネルギービームを反射する部分）で反射されたエネルギービームから、並びに造形材料の容積でエネルギーが消費され、それにより造形材料が加熱されることにより発生する熱放射線からスペクトル情報を得ることができる。
【００１０】
特に、放出される放射線のスペクトル構成は、製造プロセスにおいて造形材料の組成及び／又は硬化品質に関する情報を導き出すために求めることができる。本出願の範囲内では、「スペクトル」との用語は、放射線を構成する異なる波長の総体を意味する。放出される放射線のスペクトルは、製造プロセスに影響する異なるプロセスパラメータに応じて変化する。そのため、放出される放射線のスペクトル情報を決定することによって、製造プロセスにおいて存在する少なくとも一つのプロセスパラメータに関して、そのスペクトル情報を評価すること、例えば、決定されたスペクトル情報から推定することが可能である。
【００１１】
本装置の有利な実施形態では、評価ユニットは、造形面から放出される放射線及び／又は照射機器の集束光学系と造形面の間の容積又は表面から放出される放射線のスペクトル情報を決定するように構成されている。従って、造形面、即ち、プロセス室内に配置された造形材料の表面から放出される放射線のスペクトル情報を決定することが可能であり、その際、造形面に配置された造形材料を照射して造形材料を硬化させることができるように、少なくとも一つのエネルギービームを造形面に案内することができる。造形面から放出されるスペクトル情報を決定することによって、エネルギービームを直に照射され、それにより硬化される領域に関する情報を直に導き出すことが可能であるとともに、例えば、熱流束のために間接的に加熱された、造形面の隣接する容積に関する情報を導き出すことも可能である。
【００１２】
更に、照射機器の集束光学系と造形面の間の容積、特に、ガス容積から放出される放射線のスペクトル情報を決定することが可能である。この集束光学系は、エネルギービームを造形面に集束するために使用される。典型的には、プロセス室は、酸素などの望ましくない気体を排出して、そのような望ましくない気体と反応性造形材料が反応することを防止する不活性プロセス雰囲気を保証するために、アルゴンなどの不活性ガスを充填されている。更に、造形材料の照射によって、残留物が発生して、プロセス室内のガスに添加される可能性が有る。その外に、造形材料の照射によって、造形材料の少なくとも一部が部分的に蒸発して、造形面の上に、特に、直ぐ上に有る造形材料の蒸気及び／又は（例えば、プロセスガス内の残留物による）スモークを発生させる可能性が有る。従って、放射線、例えば、エネルギービームが、プロセスガスによって放出される可能性が有る、特に、プロセス室内に含まれるプロセスガスの内容物、即ち、プロセスガスに含まれる残留物及び／又は造形材料の蒸気によって散乱又は反射される可能性が有る。
【００１３】
このガス容積から放出される放射線は、そのスペクトル情報を決定するために、評価ユニットによって分析することができる。この実施形態を用いて、蒸気相の造形材料を分析すること、特に、蒸発した造形材料の組成を分析することが可能である。更に、プロセスガスに含まれる残留物又はそれ以外の粒子も決定することができる。特に、プロセスガスの（化学的）組成も、そのスペクトル構成に関する情報を導き出すことにより分析することができる。
【００１４】
本装置の別の実施形態では、評価ユニットは、製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトル構成に関するスペクトル情報、特に、製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトルの少なくとも一つの輝線及び／又は少なくとも一つの吸収線に関する情報を決定するように構成されている。この実施形態は、製造プロセスの間に放出される放射線のスペクトル構成を決定することを可能にする。例えば、評価ユニットは、放出される放射線のスペクトルにおける輝線又は吸収線に関する情報を生成するように構成されている。特に、造形面から放出される熱放射線のスペクトルを、そこに含まれる特徴的な輝線に関して分析することができる。
【００１５】
その外に、造形面から放出されて、所定の容積、例えば、造形面の上のガス容積及び／又は蒸気容積を通過する熱放射線を分析することができる。所定の容積を通過することによって、その所定の容積によって、例えば、ガス自体及び／又はその容積に含まれる残留物などの材料によって、特徴的な波長の放射線が吸収される。特徴的な波長の放射線の吸収は、それに対応するスペクトルにおいて特徴的な吸収線を引き起こす。
【００１６】
更に、所定の容積内の材料、例えば、ガス分子、化学的な化合物、硬化しなかった造形材料などは、その容積を通過する放射線、即ち、熱放射線及びエネルギービームによって励起される可能性が有る。従って、その結果得られるスペクトルは、所定の容積内のそれに対応する材料の存在を示す特徴的な線、特に、輝線を含む可能性が有る。
【００１７】
従って、各スペクトル線は、それぞれそれらの特徴的な輝線及び／又は吸収線に基づき、化学的な化合物、元素又は原子を特定するために使用することができる。そのため、造形材料の組成（又は放射線を放出するガス容積）に関する情報を生成することが可能であり、それにより、例えば、不純物に起因する場所的な変化又は造形材料の（化学的な）組成における偏差を取得することができる。
【００１８】
更に、評価ユニットが、造形面の少なくとも一つの硬化ゾーン（硬化ゾーンでは、エネルギービームが造形材料に直に照射される）から放出される放射線のスペクトル情報を決定するように構成されていることと、その少なくとも一つの硬化ゾーンに隣接する造形面の少なくとも一つの隣接ゾーンから放出される放射線のスペクトル情報を決定するように構成されていることとの中の一つ以上によって、本装置を改善することができる。硬化ゾーンでは、エネルギービームが造形面の造形材料に直に照射されて、硬化ゾーンの造形材料が少なくとも部分的に溶ける。造形材料、例えば、金属粉末を硬化させる、例えば、溶かすことによって、局所的に大きく励起されたプラズマが発生する。そのプラズマから放出される放射線は、溶けた材料、例えば、その組成に関する情報と、硬化ゾーンに存在するプロセスパラメータ、例えば、局所的な温度とを含む。この実施形態では、隣接ゾーンから放出される放射線のスペクトル情報を決定することも可能であり、本出願の範囲内において、隣接ゾーンとは、少なくとも一つの硬化ゾーンに隣接するゾーンを意味し、この隣接ゾーンは、硬化ゾーンと熱的に接触しており、硬化ゾーンへのエネルギーの印加は、硬化ゾーンと隣接ゾーンの間の熱流束のために、隣接ゾーンを加熱させることとなる。この隣接ゾーンは、硬化ゾーンに隣接した位置に有る、例えば、硬化ゾーンを取り囲む。
【００１９】
本装置の別の実施形態では、評価ユニットは、特に、少なくとも一つの硬化ゾーン及び／又は少なくとも一つの隣接ゾーンに関して、場所分解能及び／又は時間分解能を有する形でスペクトル情報を決定するように構成されている。従って、決定されたスペクトル情報の場所的変化及び／又は時間に関するスペクトル情報の変化を決定することができる。そのため、時間に関して、並びに造形面上の異なる場所に関して、造形材料の変化、例えば、造形材料の化学的又は物理的な変化を記録することが可能である。更に、三次元物体の異なる層に関して、スペクトル情報を記録することができ、幾つかの層の間における決定されたスペクトル情報の変化を観察することができる。従って、異なる時点及び造形面上の異なる場所に関して、スペクトル情報を記録することができ、製造している物体の異なる場所又は領域を、各場所又は各領域から放出される放射線のスペクトル情報の分析により導き出すことが可能である、製造プロセスの間に存在するプロセスパラメータと連係させることができる。例えば、この実施形態を用いて、冷却プロセスなどの様々なプロセス工程を特徴付けることができ、硬化された造形材料の冷却特性を特徴付けるために、スペクトル情報を時間に関して注目することができる。従って、考え得る熱応力又は機械的応力の発生形態を硬化ゾーンの冷却形態として分析するか、隣接ゾーンを監視するか、或いはその両方が可能である。
【００２０】
評価ユニットが、造形面上の少なくとも二つの場所及び／又は少なくとも二つの時点に関して決定されたスペクトル情報を有する、造形面の少なくとも一つの部分のマップを生成するように構成されていることによって、本装置の各実施形態を更に改善することができる。この実施形態を用いて、プロセス室内の所定の場所から、特に、造形面から放出される放射線及び／又は所定の時点で放出される放射線のスペクトル情報を決定して、その決定されたスペクトル情報を格納したマップを生成することが可能である。従って、このマップは、特に、造形面における、プロセス室内の所定の座標から導き出されたスペクトル情報を含む。従って、各領域に関して決定されたスペクトル情報がマップに格納されているので、造形面の領域をプロセスパラメータと関連付けることが可能である。そのため、このマップは、特に、造形面上における、プロセス室内の少なくとも二つの場所に関して決定されたスペクトル情報を含み、それぞれ各領域又は各場所における製造中に存在するプロセスパラメータに関する情報を導き出すことを可能にする。更に、このマップは、二つ以上の異なる時点に関して決定されたスペクトル情報を格納することができ、マップ上の少なくとも一つの領域又は場所に関して、決定されたスペクトル情報の時間に関する変化を格納している。従って、このマップは、造形面の各領域の地理的マップとして理解することができ、そこには、スペクトル情報を格納することができる。このマップは、製造プロセスの間に放射線を放出する各領域（又は容積）のスペクトル情報に対応する幾つかの項目を有する行列として理解又は保存することもできる。更に、例えば、マップに基づき、特に、地理的マップのような形で、スペクトル情報をユーザーに表示するための可視化データを生成することが可能である。このマップは、更に、例えば、ダイナミックマップのような形で、一つの層の少なくとも一つの領域に対するスペクトル情報の時間に関する変化を表示するように構成することができる。
【００２１】
上述した実施形態は、造形物体の領域を、その造形物体の製造プロセスの間に存在したプロセスパラメータと関連付けることができるので、強化された品質管理を可能にする。
【００２２】
更に、評価ユニットは、有利には、製造プロセスにおいて付加的に造形される物体の少なくとも二つの異なる層のスペクトル情報を有する三次元マップ、特に、少なくとも二つのマップを生成するように構成されている。従って、上述した実施形態では、少なくとも二つの異なる層に対してマップが生成されて、評価ユニットが、それらの異なる層に関する少なくとも二つのマップから成る三次元マップを生成することができる。そのため、この三次元マップは、三次元物体を順次造形して行く際の単一の層の様々な領域、特に、全ての領域に関する情報を提供する。従って、例えば、特定のプロセス及び／又は物体が品質パラメータに適合していることを検証するために、三次元物体の層の単一の領域の製造している間に検出されたスペクトル情報を調べることが可能である。従って、三次元マップは、前述した通りの少なくとも二つのマップの集合である。勿論、ユーザーへの三次元マップの表示を可能にする可視化データを生成することもできる。
【００２３】
本装置の別の有利な実施形態では、スペクトル情報、少なくとも一つのマップ及び少なくとも一つの三次元マップの中の一つ以上を保存するように構成されたデータ保存ユニットが配備されている。従って、製造プロセスの間に造形する三次元物体に関する観察記録を保存することができる、即ち、製造プロセス後に、その観察記録を分析することができる。一つの層の一部に関するマップ、物体に関する三次元マップ又は製造プロセスを通して存在する単一のスペクトル情報の保存内容は、製造プロセスの間に造形され、その結果得られた物体と連係させることができる。例えば、プロセスパラメータを、例えば、造形材料に投入されたエネルギー又は三次元物体を造形するために硬化させた造形材料の局所的な組成を時間及び場所に関して分解した形で読み出すことができる。この保存ユニットは、更に、或る材料の特性、例えば、所定の材料の化学的組成に関する実験データ及び／又は校正データなどの事前に決定されたデータに関する情報を保存することができる。従って、製造プロセスに先立って、所定の材料の各スペクトル情報を（実験により）決定することができ、その事前に決定されたデータを製造プロセスにおいて決定されたスペクトル情報と比較することができる。
【００２４】
有利には、評価ユニットは、製造プロセスの間にスペクトル情報を検出するように構成されている。そのことは、プロセスパラメータの「オンライン」監視を可能にし、造形している三次元物体に対する不利な影響を防止又は低減するために、製造プロセスを実施している間に、所定のプロセスパラメータ又は所定の要件からの偏差を補正することができる。
【００２５】
有利には、評価ユニットをエネルギービームと共焦点に配置するか、或いは分離形態で配置することにより、本装置を改善することができる。本装置の構成に応じて、特に、本装置が、即ち、照射機器がビーム走査ユニットを備えているかに応じて、評価ユニットが共焦点に配置されるか、或いは分離形態で配置される。レーザースキャナなどのビーム走査ユニットを備えている構成では、評価ユニットをエネルギービームと共焦点に配置することが好ましく、ビーム走査ユニットを備えていない構成、例えば、造形面がエネルギービームに対して相対的に動かされる構成では、分離形態で配置することが好ましいとすることができる。特に、評価ユニットを分離形態で配置することは、照射機器の光学部品に起因する制限と関係無く、スペクトル情報を決定することを可能にする。更に、スペクトル情報を決定する領域は、それぞれエネルギービームの実際の場所と、即ち、エネルギービームの進路と関係無く、或いは硬化ゾーンと関係無く選定することができる。
【００２６】
本装置の別の有利な実施形態は、制御ユニットが評価ユニットを校正するように構成されていることを提案する。特に、前述した通りの共焦点構成を使用する場合、評価ユニットにより決定されるスペクトル情報は、その構成において使用される光学部品のスペクトル特性と重なり合う。そのため、この制御ユニットは、それらの影響を校正に取り込むか、決定されたスペクトル情報に対するそれらの作用を校正するか、或いはその両方を行なうように構成されており、例えば、計算による補正又は校正測定によって、決定されたスペクトル情報に対する影響を補正又は解消することができる。
【００２７】
特に、このスペクトル情報は、
造形材料の少なくとも一つの特性、特に、（化学的）組成、造形材料の湿度及び造形材料内の不純物の中の一つ以上と、
少なくとも一つの硬化ゾーン及び／又は少なくとも一つの隣接ゾーンの温度、場所に関する温度変化及び時間に関する温度変化の中の一つ以上と、
少なくとも二つの隣接ゾーンの間及び／又は少なくとも一つの隣接ゾーンと少なくとも一つの硬化ゾーンの間の温度勾配と、
の中の一つ以上を含むか、これらの中の一つ以上と関連するか、或いはその両方である。
【００２８】
従って、造形材料を特徴付けることができ、特に、造形材料の（化学的）組成を検証することができ、例えば、異なる造形材料の混合物又は造形材料内の不純物を特定することができる。造形材料に含まれる異なる材料又は異なる材料の比率は、特定の元素に関して特徴的である特徴的な輝線及び／又は吸収線を求めることによって決定することができる。
【００２９】
更に、評価ユニットは、硬化ゾーン又は隣接ゾーンにおける温度及び／又は温度変化に関係するスペクトル情報を決定するために使用することができる。従って、特に、物体内において起こり得る熱応力又は機械的応力に関して、製造すべき物体を特徴付けるために、温度勾配を導き出すことができる。
【００３０】
その外に、本発明は、特に、上述した通りの装置のための評価ユニットに関し、この評価ユニットは、造形面から放出される放射線のスペクトル情報を決定するように構成されている。勿論、本装置に関して述べた全ての特徴、利点及び詳細は、この評価ユニットに完全に移転することが可能である。
【００３１】
更に、本発明は、エネルギービームを用いて硬化させることが可能な造形材料の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体を付加的に製造する少なくとも一つの装置、特に、上述した通りの装置の動作方法に関し、この方法では、エネルギービームは造形面上に案内され、製造プロセスにおいて放出される放射線のスペクトル情報が決定される。
【００３２】
図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第一の実施形態による本発明の装置の模式図
【図２】第二の実施形態による本発明の装置の模式図
【図３】本発明の装置の評価ユニットにより決定されるマップの模式図
【図４】図３のマップから成る三次元マップの模式図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、エネルギービーム４を用いて硬化させることが可能な造形材料３の層を層毎に順次選択的に照射して硬化させることによって、三次元物体２を付加的に製造する装置１を図示している。このエネルギービーム４は、照射機器６を介して造形面５上に案内される。この実施形態では、照射機器６は、ビーム発生ユニット７、ビームスプリッタ８、ビーム走査ユニット９及び（例えば、集束光学系に分類される単一のレンズにより模式的に図示された）光学部品１０を備えている。
【００３５】
本装置１は、更に、製造プロセスにおいて放出される、特に、造形面５から放出される（矢印で表示された）放射線１２のスペクトル情報を評価するように構成された評価ユニット１１を備えている。従って、この評価ユニット１１は、造形面５に配置された造形材料３で反射される、或いはその造形材料から放出される放射線１２のスペクトル情報を決定するように構成されている。特に、エネルギービーム４は、特定の部分において、エネルギービーム４を直に照射して、それにより造形材料３を硬化させる硬化ゾーン１３において反射される可能性が有る。この放射線１２は、少なくとも一つの硬化ゾーンに隣接する隣接ゾーン１４からも放出される可能性が有る。例えば、この隣接ゾーン１４は、加熱により熱放射線を放出する。
【００３６】
この放射線１２は、例えば、光学部品１０と造形面５の間の容積、特に、（図示されていない）ガス容積からも放出される可能性が有る。そのガス容積は、特に、蒸発した造形材料３、不活性ガス、例えば、アルゴン及び照射プロセスにおいて発生する残留物の中の一つ以上を含む可能性が有る。その容積から放出される放射線１２に関するスペクトル情報の検出により、その容積の組成を分析することができる。そのことは、その容積が如何なる元素又は化学的化合物を含むのかを決定できる形で、その容積の分析を可能にする。
【００３７】
更に、造形面から放出される熱放射線１２がガス容積を通過する可能性が有り、その際、特徴的な波長を有する、放射線１２の部分が、ガス容積、特に、ガス元素又はガス分子とガス容積に含まれる材料、例えば、硬化しなかった造形材料及び／又は残留物の中の一つ以上により吸収される。従って、その結果得られる、それらに対応する吸収線を有する放射線１２のスペクトルを評価することができる。
【００３８】
この評価ユニット１１により決定されるスペクトル情報は、特に、造形材料３の組成に関係し、造形材料３内の不純物又は造形材料３の組成、例えば、造形材料３内の金属成分、セラミック成分及び合成成分を特定することができる。そのため、検出された放射線１２のスペクトルにおける特徴的な線は、各元素に対応付けることができ、造形材料３の組成を特定することを可能にする。
【００３９】
従って、記録された輝線及び／又は吸収線の強度、即ち、得られたスペクトルの強度分布を評価することができる。それらに対応する強度は、特に、一定温度における、評価される容積に含まれる材料の量又は異なる材料の比率を表す。
【００４０】
本装置１は、更に、照射機器６などの本装置１の様々な構成部品、特に、ビーム発生ユニット７及びビーム走査ユニット９を制御するように構成された（図示されていない）制御ユニットを備えている。この制御ユニットは、更に、例えば、光学部品１０のスペクトル特性に起因する、決定されたスペクトル情報に対する影響を考慮して補正することができる形で、評価ユニット１１を校正するように構成されている。
【００４１】
図２は、本発明の第二の実施形態による装置１５を図示している。この装置１５の構成は、図１に図示された装置１の構成と同様である。そのため、同じ数字が同じ構成部品に対して使用されている。この装置１５も照射機器６を備えており、この装置１５の照射機器６は、単に、造形面５に案内されるエネルギービーム４を発生するビーム発生ユニット７から構成されている。この装置１５は、装置１と異なり、造形材料３と造形すべき物体２を運搬する造形板１６を備えており、この造形板１６は、（垂直の矢印及び水平の矢印で表示されている）垂直方向及び水平方向に動かすことが可能である。
【００４２】
この装置１５は、装置１と同様に、造形面５から放出される放射線１２のスペクトル情報を検出するように構成された評価ユニット１１を備えている。この評価ユニット１１は、エネルギービーム４のビーム光路に対して分離した形態で配置されているに対して、装置１の評価ユニット１１は、エネルギービーム４と共焦点に配置されている。
【００４３】
これらの装置１，１５の評価ユニット１１は、決定されたスペクトル情報を場所及び時間に関して分解するように構成されている。図３では、評価ユニット１１により生成することが可能なマップ１７が図示されている。そのため、このマップ１７は、造形面５の様々な場所１８ａ〜１８ｐ（例えば、１６箇所の異なる場所）で検出されたスペクトル情報を含む。従って、造形面５を別個の場所１８ａ〜１８ｐに分割することができ、このマップ１７には、様々な場所１８ａ〜１８ｐで決定されたスペクトル情報が格納されている。勿論、造形面５上の横方向の箇所に関連する異なる横方向の場所１８ａ〜１８ｐに代わって、或いはそれらの場所に加えて、異なる時点に関して検出された異なるスペクトル情報を格納することも可能である。
【００４４】
実際の層、即ち、最後に塗布された造形材料３の層に置かれている造形材料を照射することにより、入射する放射線、即ち、エネルギービーム４が、その前に硬化させた少なくとも一つの層、例えば、５つの層に対して効果を及ぼす可能性が有る。言い換えると、エネルギービーム４が実際の層（最も上の層）を通過して、その実際の層の下に位置する、その前に照射された所定数の層に進入し、その際、発生した放射線１２が、特に、熱放射線１２が、エネルギービーム４の効果を受けた全ての層の情報を含む。従って、それらの対応する層は、放射線１２の得られたスペクトル、即ち、それらに対応するスペクトル情報に寄与する。そのため、得られたスペクトル情報は、その得られたスペクトルに寄与する、エネルギービーム４により少なくとも部分的に影響を受けた、例えば、部分的に溶けた実際の層集合に関するローリングパラメータとして理解することができる。
【００４５】
図４は、評価ユニット１１により生成される三次元マップ１９を図示しており、この三次元マップは、複数のマップ１７（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，．．．）から構成することができる。各マップ１７は、エネルギービーム４を照射された層に対応する。前に述べた通り、製造プロセスに応じて、所定数の層から放出される放射線１２が、得られたスペクトルに寄与する可能性が有る。従って、図４に図示された三次元マップ１９は、三次元物体２の製造プロセスに対応するスペクトル情報を格納している。各層の異なる場所１８ａ〜１８ｐが格納されており、その結果、各場所１８ａ〜１８ｐを製造プロセスの間に存在するプロセスパラメータと連係させることができる。
【００４６】
勿論、本発明による方法は、図面に関連して述べた通りの装置において実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    第一の実施形態による本装置
２    三次元物体
３    造形材料
４    エネルギービーム
５    造形面
６    照射機器
７    ビーム発生ユニット
８    ビームスプリッタ
９    ビーム走査ユニット
１０    光学部品
１１    評価ユニット
１２    放射線
１３    硬化ゾーン
１４    隣接ゾーン
１５    第二の実施形態による本装置
１６    造形板
１７    マップ
１８ａ〜１８ｐ    場所
１９    三次元マップ
【図１】
2019031069.tif 000003
【図２】
2019031069.tif 000004
【図３】
2019031069.tif 000005
【図４】
2019031069.tif 000006