(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の層毎の固化によって対象物を構築する積層造形装置であって、当該装置は、作業領域と、当該作業領域内に層で堆積された材料を固化するための当該作業領域内の材料への複数のレーザービームの伝達を制御する光学ユニットとを包含する構築チャンバと、制御ユニットと、を備え、当該光学ユニットは独立して制御可能な複数の光学要素を含み、各光学要素は当該レーザービームの対応する一つを当該作業領域内の材料を横切って走査するために回転軸の周りを回転する当該光学ユニット上に設置され、当該光学ユニットは当該作業領域の上方を移動可能であり、
当該制御ユニットは、当該材料を固化するための当該作業領域の上方でのレーザービームの移動が、当該作業領域の上方での当該光学ユニットの移動と当該各光学要素の回転とが同時に行われることにより達成されるように、当該作業領域の上方の当該光学ユニットの移動および当該光学ユニット内の当該光学要素の移動を制御するためのものであることを特徴とする積層造形装置。
【請求項２】
材料の層毎の固化によって対象物を構築する積層造形装置であって、当該装置は、作業領域と、当該作業領域内に層で堆積された材料を固化するための当該作業領域内の材料への複数のレーザービームの伝達を制御する光学ユニットと、当該作業領域の一部を横切るガス流を生成するためのガス流装置と、を包含する構築チャンバを備え、当該光学ユニットは複数の光学要素を含み、各光学要素は当該作業領域内の材料上の当該レーザービームの対応する一つの伝達を制御するためのものであり、当該光学ユニットと当該ガス流装置は当該作業領域の上方を移動可能であり、当該レーザービームが当該ガス流が生じるところを横切って当該作業領域の一部に向かって配向されるように、当該当該光学ユニットが当該ガス流装置と同時に当該作業領域の上方を移動するように構築され、当該光学ユニットと当該ガス流装置は単一のユニットとして移動可能であることを特徴とする積層造形装置。
【請求項３】
当該移動可能な光学ユニットは、当該光学ユニットと当該ガス流装置とが単一のユニットとして移動可能なように、当該ガス流装置と連結していることを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
材料の層毎の固化によって対象物を構築する積層造形装置であって、当該装置は、作業領域と、当該作業領域内に層で堆積された材料を固化するための当該作業領域内の材料への複数のレーザービームの伝達を制御する光学ユニットと、当該作業領域を横切って当該材料を拡散させるためのワイパーと、を包含する構築チャンバを備え、各光学要素は当該作業領域内で当該材料上に当該レーザービームの対応する一つの伝達を制御するためのものであり、当該光学ユニットは、当該光学ユニットと当該ワイパーとが単一のユニットのように移動可能であるように当該ワイパーと接続されていることを特徴とする積層造形装置。
【請求項５】
各光学要素は、当該光学ユニットの移動により、当該作業領域の上方で当該対応するレーザービームが操舵される一又は複数の方向とは異なる方向に、当該作業領域内の材料の上方の対応するレーザービームを操舵するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項６】
当該異なる方向は、当該光学ユニットの移動により、当該対応するレーザービームが当該作業領域の上方で操舵される方向に対して直交していることを特徴とする請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項７】
当該光学ユニットは、直線軸に沿っていずれかの方向に移動するように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項８】
各光学要素は、当該対応するレーザービームを直線軸に直交する方向にのみ操舵するべく配置されていることを特徴とする請求項７に記載の積層造形装置。
【請求項９】
各光学要素は、一次元のみで当該対応するレーザービームを操舵するように配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１０】
各光学要素は、当該作業領域を横切る当該対応するレーザービームのスポットを、当該作業領域の上方を当該光学ユニットが移動することにより当該作業領域を横切って移動することができるスポットよりも速く移動させることができるように当該光学ユニット内を移動できることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１１】
複数の光学要素は、当該光学ユニットの位置について、当該作業領域の全幅が当該光学要素により当該レーザービームを操舵することで走査され得るように、当該レーザービームを向けるべく配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１２】
各光学要素は、回転軸を中心に回転するように取り付けられており、当該回転軸は、互いに対して及び当該光学ユニットに対して固定され、前記光学ユニットの位置に対して、当該作業領域の全体幅は、当該光学要素の回転によって当該レーザービームを操舵することによって走査され得ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１３】
当該光学ユニットは、当該レーザービームの少なくとも1つを発生する少なくとも１つのレーザを備え、当該レーザは当該光学ユニットと共に移動可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１４】
各光学要素のための走査ゾーンは、当該レーザービームが当該光学要素の独立した動きによって向けられ得る、ゾーンによって画定され、当該光学要素は、当該光学ユニットの位置について、少なくとも二つの光学要素のための走査ゾーンが重複するように、当該光学ユニット内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１５】
当該走査ゾーンが重複する領域内に位置される対象物の領域を形成するために、使用すべき一つの光学要素を選択するための制御ユニットを備えることを特徴とする請求項１４に記載の積層造形装置。
【請求項１６】
各光学要素は、当該光学要素が当該光学要素のうちの他の１つとは別に当該光学ユニットから取り外され得るように、当該光学ユニットに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１７】
各光学要素は、運動学的マウントを使用して、当該光学ユニットに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１６に記載の積層造形装置。
【請求項１８】
当該光学ユニットは、当該光学要素の２次元配列を備えていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形装置及び方法に関する。本発明は、特に、しかし排他的ではなく、粉末床に渡り多数のレーザで走査するアプリケーションを有している。
【背景技術】
【０００２】
対象物を製造するための積層造形装置や高速試作方法は、レーザービーム又は電子ビームなどの高エネルギービームを用いての、金属粉末材料のような材料の層ごとの固化を含んでいる。粉末層は、構築チャンバ内で粉末床上に堆積され、レーザービームが構築されている対象物の断面に対応する粉末層の部分を横切って走査される。レーザービームは、固化層を形成するべく粉末を溶融又は焼結させる。層の選択的な固化の後に、新たに固化される層の厚さ分粉末床が下げられ、そしてさらなる粉末の層がその表面上に広げられ、必要に応じて固化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
溶融又は焼結工程の間に、デブリ（例えば、粉末の凝縮物、未固化粒子など）が構築チャンバ内で生成される。ガス流中でデブリをチャンバから除去する試みにおいて、構築チャンバを通るガス流を導入することは知られている。例えば、EOS社（EOS GmbH）（独国、ミュンヘン）によって生産されたマシンのM２８０モデルは、粉末床の前方に配置された一連の排気口にガス流を通過させる、粉末床の後方に位置された一連のガス出口ノズルを備えている。このようにして、ガス流の平面層が粉末床の表面において生成されている。同様の構成は、レニショー（Renishaw）のAM２５０及びAM１２５機に設けられており、粉末床のいずれかの側の開口部が粉末床を横切る実質的に平面状のガス流を提供している。
【０００４】
粉末床を走査するのに４つのレーザービームを使用し、各レーザービームが粉末床の異なる象限における粉末を固化することは、DE１０２００５０１４４８３A１から知られている。このような構成は、構築速度を増加させることができる。というのも、対象物の異なる部分、又は異なる象限に位置された異なる対象物が、異なるレーザービームでもって同時に構築され得るからである。
【０００５】
ＵＳ２０１３／０１１２６７２は、一次エネルギービームが複数の二次レーザービームに分割されている積層造形製造装置を開示している。二次ビームは、ワークスペースの別々の領域に個別に、可動エネルギー誘導要素によって指向されている。エネルギー伝達デバイスを搬送するための輸送アセンブリが設けられてもよく、輸送アセンブリは第１の方向に移動可能な第１のキャリッジ、及び第１キャリッジ上を第２の方向に移動する第２のキャリッジを含んでいる。エネルギー伝達装置の各々は、部品の別個の部分上にエネルギーを向けるために独立して、別個に可動である別個のレーザービームを出射する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、材料の層毎の固化によって対象物を構築する積層造形装置であって、当該装置は、作業領域と、当該作業領域内に層で堆積された材料を固化する複数の高エネルギービームと、当該作業領域内の材料への高エネルギービームの伝達を制御する光学ユニットとを包含する構築チャンバを備え、当該光学ユニットは独立して制御可能な複数の光学要素を含み、各光学要素は作業領域内の材料への高エネルギービームの少なくとも一つの伝達を制御するものであり、当該光学ユニットは構築チャンバ内で可動であることを特徴とする積層造形装置が提供される。各光学要素は、光学ユニットが移動するように配置されたもの/それらとは異なる方向に、作業領域内の材料に少なくとも１つのレーザービームを操舵するように配置されていてもよい。異なる方向は、光学ユニットが移動するように配置された方向に対して直交していてもよい。光学ユニットは、直線軸に沿っていずれかの方向に移動するように配置されていてもよい。各光学要素は、当該少なくとも１つのレーザービームを直線軸に直交する方向にのみ操舵するべく配置されていてもよい。
【０００７】
積層造形装置は、材料の固化時のレーザービームの移動が光学ユニット及び光学要素の同時移動によって達成されるように、光学ユニット及び光学要素の移動を制御する制御ユニットを備えていてもよい。
【０００８】
各光学要素は、一次元のみで少なくとも１つのレーザービームを操舵するように配置されていてもよい。
【０００９】
各光学要素は、当該光学要素の移動が作業面を横切る少なくとも１つのレーザービームのスポットを、光学ユニットを移動させることによって作業表面を横切って移動されるスポットよりも速く移動させることができるように、配置されていてもよい。
【００１０】
複数の光学要素は、光学ユニットの位置について、作業領域の全幅が光学要素によりレーザービームを操舵することで走査され得るように、レーザービームを向けるべく配置されていてもよい。
【００１１】
各光学要素は、回転軸を中心に回転するように取り付けられていてもよく、当該回転軸は、互いに対して及び光学ユニットに対して固定され、前記光学ユニットの位置に対して、作業領域の全体幅は、光学要素の回転によってレーザービームを操舵することによって走査され得る。
【００１２】
光学ユニットは、レーザービームの少なくとも1つを発生する少なくとも１つのレーザを備えていてもよく、当該レーザは光学ユニットと共に可動である。
【００１３】
各光学要素のための走査ゾーンは、レーザービームが当該光学要素の独立した動きによって向けられ得る、ゾーンによって画定されてもよく、当該光学要素は、光学ユニットの位置について、少なくとも二つの光学要素のための走査ゾーンが重複するように、光学ユニット内に配置されている。
【００１４】
当該装置は、走査ゾーンが重複する領域内に位置される対象物の領域を形成するために、使用すべき一つの光学要素を選択する制御ユニットを備えていてもよい。
【００１５】
各光学要素は、当該光学要素が光学要素のうちの他の１つとは別に光学ユニットから取り外され得るように、光学ユニットに着脱可能に取り付けられていてもよい。
【００１６】
各光学要素は、運動学的マウントを使用して、光学ユニットに着脱可能に取り付けられていてもよい。
【００１７】
可動の光学ユニットは、作業領域を横切るガス流を生成するためのガス流装置に接続されていてもよく、当該光学ユニットとガス流装置は単一のユニットとして移動可能である。
【００１８】
当該光学ユニットは、作業領域を横切って材料を拡散させるワイパーに接続されていてもよく、当該光学ユニットとワイパーは単一のユニットとして移動可能である。
【００１９】
当該光学ユニットは、光学要素の２次元配列を備えていてもよい。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、対象物が材料の層毎の固化によって構築される積層造形機械の光学ユニットであって、当該装置は作業領域を含む構築チャンバを備え、当該光学ユニットは独立して制御可能な複数の光学要素を備え、当該光学ユニットは、作業領域内の材料への複数の高エネルギービームのうち少なくとも１つの伝達を制御するべく各光学要素が配置された状態で、構築チャンバ内の作業領域に対して可動であるべく、積層造形装置の構築チャンバ内に取り付け可能であることを特徴とする光学ユニットが提供される。
【００２１】
本発明の第三の態様によると、対象物が材料の層毎の固化によって構築される積層造形機械の光学ユニットであって、当該装置は作業領域を含む構築チャンバを備え、当該光学ユニットは当該光学ユニット内に単一の軸回りに回転するように取り付けられた光学要素を備え、当該光学ユニットは、当該光学要素が作業領域内の材料に高エネルギービームを操舵するように配置された状態で、構築チャンバ内の作業領域に対して直線方向に移動可能であるべく、積層造形装置の構築チャンバ内に取り付け可能であることを特徴とする光学ユニットが提供される。
【００２２】
本明細書中で使用される用語「走査(scan)」は、表面上に高エネルギービームのスポットを連続的に走行させることに限定されず、分離された個別の曝露（すなわちホップ）の連続を含んでいることが理解されるであろう。例えば、光学系は、ビームに対して第１の位置を露出させるために高エネルギービームを向け、その後、当該ビームがオフされ、そして、光学系は、高エネルギービームがオンに切り替えられたとき、第１の位置から離間した第２の位置へ当該エネルギービームを導くように再配向することがでる。高エネルギービームは、材料を固化するのに十分なエネルギーを有するビームである。
【００２３】
好ましくは、装置は、溶融（SLM）又は焼結（SLS）するような選択的レーザー固化装置であり、粉末層が構築チャンバ内の作業領域に渡って順次堆積され、そしてレーザービームが、粉末の一部分を固化するべく、構成されている対象物の断面に対応する各粉末層の部分を横切って走査される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、粉末床に複数のレーザービームを指向させる光学ユニットを備える本発明の実施形態に係る積層造形装置を示す図である。
【図２】図２は、粉末床に複数のレーザービームを指向させる光学ユニットを備える本発明の実施形態に係る積層造形装置を示す図である。
【図３】図３は、粉末床に複数のレーザービームを指向させる光学ユニットを備える本発明の実施形態に係る積層造形装置を示す図である。
【図４】図４は、本発明の方法に従って、複数のレーザービームを用いて形成されている対象物の平面図である。
【図５】図５は、本発明の別の方法に従って、複数のレーザービームを用いて形成されている対象物の平面図である。
【図６】図６は、図１〜３に示された装置の一実施形態のレーザービームによって走査され得る領域を概略的に示す図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明の一実施形態に係る複合された光走査ユニット及びガス流量装置を示す図である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明の一実施形態に係る複合された光走査ユニット及びガス流量装置を示す図である。
【図７ｃ】図７ｃは、本発明の一実施形態に係る複合された光走査ユニット及びガス流量装置を示す図である。
【図８】図８は、図７ａ〜図７ｃに示すユニットの平面図である。
【図９】図９は、積層造形装置の作業領域を横切ってレーザービームを走査するための水平オフセット光学アセンブリのアレイを含む走査ユニットの概略図である。
【図１０】図１０は、積層造形装置の作業領域を横切ってレーザービームを走査するための垂直オフセット光学アセンブリのアレイを含む走査ユニットの概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態に係る光学ユニットの概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態に係るミラーを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明のさらなる実施形態による積層造形装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１乃至３を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ固化装置は、構築容積１１６と粉末が堆積され得る表面を画定する、パーティション１１４、１１５を内部に有する構築チャンバ１０１を含んでいる。構築プラットフォーム１０２は、対象物１０３が選択的レーザ溶融粉末１０４により構築される作業領域を画定している。当該プラットフォーム１０２は、対象物１０３の連続層が形成されるにつれ、機構１１７を用いて、構築容積１１６内で低下させることができる。利用できる構築容積１１６は、構築プラットフォーム１０２を下げることができる程度によって画定される。
【００２６】
装置はさらに、可動のガス流装置１３１を備えている。ガス流装置１３１は、ガス導入口１１２a及びガス排出口１１０aとの間が固定距離である単一のユニット１３１として形成されたノズル１１２と排気１１０を備えている。ワイパー１０９は、ユニット１３１に固定され、ユニット１３１の移動と同時に、粉末が粉末床１０４に渡って広げられる。ガスノズル１１２及びガス排気１１０は、構築プラットフォーム１０２上に形成されている粉末床の一部を横切ってのガスの流れを発生させるためのものである。ガス導入口１１２a及びガス排出口１１０aは、矢印１１８によって示されるように、入口から出口までの流れ方向を有する層流を作り出す。ガスは、排気１１０からノズル１１２に、チャンバ１１６内に同じく配置されているガス再循環ループ（図示せず）を介して再循環される。ポンプ（図示せず）が、ガス入口１１２とガス排出口１１０において所望のガス圧力を維持する。フィルタ（図示せず）は、流れの中に捕捉されたようになっている、ガス凝縮物(condensate)からフィルタリングするべく再循環ループ内に設けられている。
【００２７】
ワイパー１０９によって広げられるべく粉末を投与する粉体分注装置１０８によって、構築される対象物１０３としての粉末１０４の層が形成される。例えば、分注装置１０８は、ＷＯ２０１０／００７３９６に記載されているような装置であってもよい。
【００２８】
積層造形装置は、粉末床１０４の上方で複数のレーザービームを走査するように構成されている。図２及び図３においては、２つのレーザ１０５a、１０５bからの一次レーザービームがスプリッタ１３４a及び１３４bに供給され、各スプリッタはレーザービームを３つの二次レーザービームに分割する。これらの二次レーザービームは、光ファイバケーブル１３６を介して移動可能な光走査ユニット１３５に供給される。光走査ユニット１３５は、粉末床１０４の材料への二次レーザービームの伝達(transmission)を制御するためのものである。二次レーザービームの全部又はサブセットは、常に、対象物を構築するために使用され得る。（図２及び図３では、４つだけの二次レーザービーム１３３a、１３３b、１３３c、１３３dが粉末床の粉末固化に活性のもととして示されている）。
【００２９】
光走査ユニット１３５は、光走査ユニット１３５が一つの直線軸に沿ういずれかの方向に移動できるように、ガイド１７０a、１７０b上で構築チャンバ１０１に取り付けられている。光走査ユニット１３５は複数の独立した光学アセンブリを収容し、その各々は粉末床１０４へのレーザービームの一つを操舵するためのものである。
【００３０】
本実施形態では、各光学アセンブリは、一対の移動可能なレンズ１３８、１３９、すなわち、f−θレンズのような集束光学系、及び軸の回りの回転のために取り付けられたミラー１４１のような操舵光学要素を備えている。
【００３１】
ミラー１４１は、光学ユニット１３５の直線軸に対して直交する第１の方向に配向された線に沿ってレーザービームを操舵するように構成されている。この方法では、光学ユニット１３５は、光学ユニット１３５の直線運動とミラー１４１の回転運動との組合せによって、粉末床の２次元走査を行うことができる。光学ユニット１３５及びミラー１４１は、動きの組み合わせによって、全体の粉末床１０４が走査され得るように配置されている。本実施形態では、ミラー１４１は、直線軸に沿う光学ユニット１３５のいずれもの位置について粉末床１０４の全体幅（第１方向）に渡ってレーザービームを向けることができる。直線軸に沿う光学ユニット１３５の動きは、走査が直交方向に粉末床１０４を横切って延在することを許容する。代替実施形態では、当該光学アセンブリが２次元領域に渡ってレーザービームを操舵できるように、追加の可動ミラーが光学アセンブリに設けられてもよい。
【００３２】
光学ユニット１３５の全体のより大きな質量に対して各ミラー１４１の質量は小さいので、第１の方向に粉末床を横切る少なくとも１つのレーザービームのスポットの動きは、光学ユニットの移動によって粉末床を横切るスポットの移動速度よりも、より速くなることが予想される。
【００３３】
代替実施形態において、レーザは、光学ユニット１３５に一体化されてもよい。
【００３４】
コンピュータ１６０は、プロセッサユニット１６１、メモリ１６２、ディスプレイ１６３、キーボード、タッチスクリーンなどのようなユーザー入力装置１６４、光走査ユニット１３５、レーザーモジュール１０５a、１０５bのようなレーザ焼結ユニットのモジュールへのデータ接続、及び外部データ接続１６５を備えている。レーザーモジュール１０５a、１０５b、光走査ユニット１０６、ガス流装置１３１、及び構築プラットフォーム１０２の移動は、コンピュータ１６０によって制御される。
【００３５】
図４は、粉末層を走査するために使用される装置を示す。各レーザは走査ゾーン１４０a乃至１４０g内の任意の点に向けることができる。ガス流装置１３１は、レーザービームがノズル１１２の入口１１２a及び排気１１０の排出口１１０aとの間の隙間に向けられ得るように、光学ユニット１３５と同時に移動される。スプリッタ１３４すなわち光学アセンブリは、それぞれ、レーザービームが必要とされないときに当該ビームがオフにされ得るようにヒートダンプ（heat dump）に分割した後、各二次レーザービームを方向転換する装置１３７を含んでいる。したがって、走査中、レーザービームは、オン及びオフされ、ミラー１４１によって入口１１２a及び排出口１１０aとの間の要求される位置に配向される。
【００３６】
図４の吹き出し区分によって分かるように、光学ユニット１３５とミラー１４１の組み合わせられた運動が、光学ユニット１３５が移動する方向に対してある角度に形成されるスポット１５５及びミラー１４１が当該レーザスポット１５５を移動させる方向に対してある角度に形成された進行/経路の結果となる。光学ユニット１３５及びミラー１４１の速度は、走査ゾーン１４０a乃至１４０gの全幅に渡る走査のために、スポットがミラー１４１によって、光学ユニット１３５の移動方向に対して横方向の対応する位置に戻されたとき、スポット１５５bが前の位置１５５aと重ならないように、光学ユニット１３５がその前方に十分な距離だけ移動されるように選択される。各ミラー１４１は、設定された速度で走査ゾーン１４０の幅に渡りスポット１５５を繰り返し走査するために、単純な反復運動を行うように制御されてもよく、レーザービームは、ゾーン１４０内の粉末の固化される領域を制御すべくオン・オフが切り替えられる。このようにして、ミラー１４１の動きが、スポットが固化されるべき領域に対応する所定の経路に従うように制御される、ミラー１４１の「インテリジェント」制御は必要とされないかもしれない。
【００３７】
図１２に示される一実施形態では、ミラー１４１は、必要な経路に沿ってレーザスポットを偏向するべく前後に回転される平板であるよりもむしろ、特に４つより高次の特定の一つ、例えば、五角形、六角形、七角形又は八角形のような正多角形であってもよく、それは一方向にのみ回転され、レーザービームが多角形ミラー１４１のコーナーを横断するとき、レーザスポットが走査ゾーンの一方の側から他へジャンプするように、入射レーザービーム１３３に対して位置決めされている。
【００３８】
図４では、隣接する走査ゾーンが同時に走査される。しかしながら、図５に示されるように、光学ユニット１３５による粉末床１０４の単一のパスで、分離されたゾーン１４０a乃至１４０gを走査することのみ、及び粉末床１０４を横切る光学ユニットの一つ以上のさらなるパスの間のギャップを走査することが望ましいかもしれない。
【００３９】
図４及び図５に示される走査ゾーン１４０a乃至１４０gは、各ゾーン内で固化される粉末が、ゾーン１４０a乃至１４０gに渡って延在する単一の対象物を形成するべく一緒に結合される（knitted）ようにするために重複してもよい。これらの重複領域において、両方のレーザービームは、これらの領域内にある対象物の一部を固化する。しかしながら、別の実施形態では、走査ゾーンは一緒に、各走査ゾーンに固化領域を結合するために必要以上に重なっていてもよい。このような配列（arrangement）は図６に示されており、そこでは、隣接する走査ゾーンの少なくとも四分の一、好ましくは、隣接する走査ゾーンの半分で重なっている各走査ゾーンのように、走査ゾーン１４０h乃至１４０jはかなりの量だけ重なっている（図４では、当該ゾーン１４０h乃至１４０jは、明確化のみのために、光学ユニット１３５の移動方向に異なる長さを有し、光学アセンブリがこの方向にレーザービームを走査することができる範囲は、好ましくは、各アセンブリについて同じであるように示されている）。このように、これらの重複領域内に入る固化されるべき粉末の領域は、これらの走査ゾーンに関連付けられているレーザービームのいずれか１つで固化されることができる。走査作業の前、又はその途中、コンピュータ１３０は、重複領域内にある領域を走査するために使用するべきレーザービームの1つを選択する。１つのレーザービームが別のレーザービームへ「明け渡し(hand-over)」する境界では、粉体の領域が対象物の別の領域が一緒に結合されるのを保証するために両方のレーザービームによって固化されてもよいけれども、他のレーザービームは、この領域を走査するためには使用されない。
【００４０】
代替の実施形態（図示せず）では、レーザによって生成されるレーザービームを複数のビームに分割するよりもむしろ、粉末を固化するために使用される各レーザービームが、別個のレーザによって生成される。 このような実施形態は、スプリッタ１３４又はヒートダンプを含んでいなくてもよい。また、当該レーザは、光学ユニット１３５に一体化されてもよい。
【００４１】
図７ａ，７ｂ及び図８は、光学ユニット１３５及びガス流装置１３１のさらなる実施形態を示している。本実施形態では、光学アセンブリ１４２a乃至１４２eが、それと共に移動するようにガス流装置１３１に搭載されている。各光学アセンブリ１４２は、レーザービームを集束させるためのレンズ１３９、及びレーザービームを粉末床１０４に操舵するための光学要素、本実施形態ではミラー１４１、を包含する密封されたハウジング１４５を備えている。ミラー１４１は、モータ１４４の制御の下で軸の回りの回転のためにシャフト１４３に取り付けられている。ハウジングは、レーザービームを伝達する光ファイバにハウジングを接続するための接続部１４６を備えている。各光学アセンブリ１４２は、ガス流装置１３１に個別に着脱可能である。ガス流装置１３１への光学アセンブリ１４２の正確な位置決めは、ハウジング１４５とガス流装置１３１への協働形成物１４８a乃至１４８c及び１４９a乃至１４９cのそれぞれの設置を通じて達成される。本実施形態では、協働形成物１４８、１４９は、光学アセンブリ１４２のガス流装置１３１への反復可能な位置決めを提供する一連の運動学的マウントである。この方法では、それぞれの光学アセンブリをオフラインで較正することが可能であり、アセンブリの交換が必要な場合、ガス流装置１３１からアセンブリを単に取り外し、新しいアセンブリをプラグインするとよい。このように、各アセンブリは、システムをセットアップするのにユーザーに制限された相互作用を要求する「プラグアンドプレイ（plug and play）」モジュールである。
【００４２】
この実施形態はまた、２つのワイパー部１０９a及び１０９bがガス流装置１３１に設けられているということで前の実施形態と異なる。この方法では、ガス流装置１３１は、粉末を両方向に拡散させることができる。 これを達成するために、粉体ディスペンサ（powder dispensers）はまた、粉末床１０４の両側に設けられてもよい。
【００４３】
なお、別の実施形態においては、光学アセンブリのための「プラグアンドプレイ」モジュール設計が、ガス流装置１３１とは別のキャリッジに設けられてもよいということが理解されるであろう。さらに、可動の流動装置よりもむしろ、流れ装置は、粉末床１０４の両側に固定された入口及び出口のノズルを備えることができる。
【００４４】
さらなる実施形態では、レーザービームの１次元アレイよりむしろ、レーザービームの二次元アレイが設けられてもよい。図９において、レーザービームの二次元アレイは、粉末床１０４に平行な面に設けられている。例えば、レーザービームは、上述のように、プラグアンドプレイの一連のモジュールによって提供されてもよい。図９では、レーザービームを向けるための光学アセンブリの第１の列１５８が光学アセンブリの第２列１５９からオフセットされている。この方法では、走査ゾーンの幅は、より速い走査を可能にすべく低減され得る。
【００４５】
図１０においては、レーザービームが垂直に積み重ねられた光学アセンブリの２次元アレイとして設けられており、光学アセンブリの１つの列１５０の位置が、レーザアセンブリの第２の列１５１の位置からオフセットされている。図９に示された実施形態と同様に、これは、走査ゾーンの幅が低減されるのを可能にすることができる。しかしながら、レーザービームは全て光学ユニットの移動に直交する共通線に沿って走査する。これは、ガス入口とガス出口（図示せず）との間の隙間が小さいことを可能にする。
【００４６】
図１０の光学ユニット１３５において、レーザービームは、光学ユニット１３５に一体化されているレーザーダイオード１５３により生成される。
【００４７】
図９及び１０のアレイは、光学アセンブリの３次元アレイを形成するように組み合わされてもよいことが理解されるであろう。
【００４８】
図１１は、光学ユニット１３５の別の実施形態を示している。この実施形態では、レーザーダイオード１５３は、隣接するビームが対象物を形成するために組み合わされる溶融プール１５４（典型的には、１ / e２ レーザスポット直径よりも大きい）を提供するために一緒に十分に近接するように、マイクロレンズ１５５を通して焦点が合わされたレーザービームと共に十分に近接してパックされている。そこで、この実施形態では、操舵光学要素は存在しない。レーザーダイオードは、光学ユニットが粉末床を横切って移動されるにつれ、必要に応じて粉末床を溶融するべくオン及びオフに切り替えられる。
【００４９】
図１３を参照するに、本発明のさらなる実施形態による装置が示されている。この実施形態は、図７ａ乃至7c及び図８に示された実施形態と同様であり、そして、図７ａ乃至７ｃ及び図８に示された特徴としたものと同一又は同様である、図１３に示された実施形態の特徴は、２００台に同一の符号が付されている。
【００５０】
図１３に示された実施形態は、図７ａ乃至図７ｃ及び図８に示された実施形態とは、各光学アセンブリ/モジュール１４２がレーザービームを送達するための光ファイバを光モジュール１４２に接続するための接続部１４６を備えるのではなくむしろ、各光モジュール２４２は、構築チャンバ２０１の側から構築チャンバ２０１内にレーザーモジュール２０５によって供給される異なるレーザービーム２３３を受入るように整列された開口部２４６を有している点で異なっている。適切なレンズ２６１が、レーザービーム２３３が構築チャンバ２０１内に供給される前に、それをコリメート(collimate)するために使用されてもよい。当該レーザービームは、光モジュール２４２が粉末床を横切って移動されるとき、開口部２４６がレーザービームと整列されたままで残るように、走査ユニットの直線運動に平行に送達される。この実施形態では、ワイパー２０９a、２０９bは、ローラーの形態である。
【００５１】
本明細書に記載のように、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対して修正及び変更がなされ得る。例えば、走査ユニットは、粉末床の幅全体に渡って延びずに、粉末床の一部分の幅を横切って延びるのみであるが、二つの直交する直線方向に移動可能であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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