(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品がアディティブマニファクチュアリング法によって製造されている間に前記部品を検査する検査システムであって、前記システムは、
造形トレーを有するアディティブマニファクチュアリング装置を含み、前記アディティブマニファクチュアリング装置は、前記部品を前記造形トレー上で層ごとに造形するよう構成され、
前記部品の断面を形成するよう材料を何層も重ね、付加し、または溶接するよう構成されたツールを担持している自動ツールホルダを含み、
前記ツールホルダと前記造形トレーは、造形プログラムによって定められた経路に沿って互いに対して動くよう構成され、
前記ツールホルダに取り付けられた渦電流プローブを有する検査装置を含み、前記検査装置は、前記材料の層がいったん堆積され、付加されまたは溶接されると、前記材料の層を現場でスキャンし、前記層の欠陥を検出するよう構成され、
前記ツールホルダは、前記ツールと前記検査装置を使用のため作業位置に交互に配置し、したがって前記ツールホルダは、前記材料の前記層を堆積させ、付加し、または溶接するために前記ツールを前記作業位置に固定し、その後、前記ツールホルダは、前記ツールを前記検査装置に切り換えて該検査装置を、前記材料の前記層をスキャンして該層の欠陥を検出するために前記作業位置に配置し、また
前記ツールと前記検査装置はどちらも前記ツールホルダに取り付けられている、検査システム。
【請求項２】
前記ツールホルダが取り付けられたツール配置機構体を更に含み、前記ツール配置機構体は、前記アディティブマニファクチュアリング装置の前記造形トレーの上方に位置決めされている、請求項１記載の検査システム。
【請求項３】
前記ツール配置機構体は、少なくとも１つのアクチュエータを含み、前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記ツールホルダを三次元空間内で少なくとも１本の軸線に沿って動かす、請求項２記載の検査システム。
【請求項４】
前記ツール配置機構体は、前記少なくとも１本の軸線に沿う運動を定める複数の軌道を含み、前記ツールホルダは、前記軌道に連結されていて前記少なくとも１つのアクチュエータを介して前記軌道に沿って動くよう構成されている、請求項３記載の検査システム。
【請求項５】
前記アディティブマニファクチュアリング装置は、少なくとも１つのアクチュエータを含み、前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記造形トレーを三次元空間内で少なくとも１本の軸線に沿って動かす、請求項１記載の検査システム。  
【請求項６】
前記検査装置は、スキャンされている前記材料の前記層の非接触型非破壊試験を行うよう構成されている、請求項１記載の検査システム。
【請求項７】
前記検査装置は、スキャンされている前記材料の前記層の接触型非破壊試験を行うよう構成されている、請求項１記載の検査システム。
【請求項８】
前記検査装置は、音響検査センサを含む、請求項１記載の検査システム。
【請求項９】
前記検査装置は、超音波変換器を含む、請求項８記載の検査システム。
【請求項１０】
前記検査装置は、第１の検査装置であり、前記検査システムは、前記ツールホルダに取り付けられた第２の検査装置を更に含み、前記第２の検査装置は、前記ツールおよび前記第１の検査装置と交互に配置され、前記作業位置に配置された前記第２の検査装置は、前記材料の前記層を現場でスキャンして前記層の欠陥を検出するよう構成されている、請求項１記載の検査システム。
【請求項１１】
前記ツールホルダに取り付けられたカッタを更に含み、前記カッタは、欠陥が検出された前記材料の前記層の少なくとも一部分を切削しまたはフライス加工するよう構成されている、請求項１記載の検査システム。
【請求項１２】
前記欠陥が前記検査装置によって検出されると、前記ツールホルダは、前記カッタを前記作業位置に配置して、前記カッタが前記欠陥が存在する前記層の前記部分を除去するようになっている、請求項１１記載の検査システム。
【請求項１３】
前記層の前記部分の除去が完了した後、前記ツールホルダは、前記カッタを前記ツールに切り換えて前記ツールが前記作業位置に配置されるようにし、前記ツールは、前記除去された部分内に追加の材料を堆積させ、付加し、または溶接して前記層を修繕するよう構成されている、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１４】
前記カッタは、前記材料の前記層の全体を除去し、
前記ツールホルダは、前記カッタを前記ツールに切り換え、前記ツールが前記作業位置に配置されるようにし、前記ツールは、前記材料を堆積させ、付加しまたは溶接して置換層を形成するよう構成されている、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１５】
前記検査装置は、前記材料の前記層の全体をスキャンして前記層の前記全体に存在する欠陥を検出するよう構成されており、その場合にのみ、前記ツールホルダは、前記検査装置を前記カッタに切り換えて前記カッタが前記作業位置に配置されるようにし、そして前記カッタは、前記欠陥が存在する前記材料の前記層の全ての部分を除去する、請求項１１記載の検査システム。
【請求項１６】
前記検査装置において検出された各欠陥の存在場所データを保存する記憶装置を更に含み、前記カッタは、前記存在場所データを用いて前記存在場所データに対応した前記材料の前記層の全ての部分を除去する、請求項１１記載の検査システム。
【請求項１７】
前記ツールホルダに連結された検査コントローラを更に含み、前記コントローラは、前記ツールホルダを制御して前記ツールと前記検査装置を前記作業位置に交互に提供し、
前記コントローラは、前記検査装置による検査中、事前プログラム経路に沿う前記ツールホルダと前記造形トレーの相対運動を制御する、請求項１記載の検査システム。
【請求項１８】
部品がアディティブマニファクチュアリング法によって製造されている間に前記部品を検査する方法であって、前記方法は、
検査システムを用いるステップを含み、前記検査システムは、
造形トレーを有するアディティブマニファクチュアリング装置を含み、前記アディティブマニファクチュアリング装置は、前記部品を前記造形トレー上で層ごとに造形するよう構成され、
前記部品の断面を形成するよう材料を何層も重ね、付加し、または溶接するよう構成されたツールを担持している自動ツールホルダを含み、
前記ツールホルダと前記造形トレーは、造形プログラムによって定められた経路に沿って互いに対して動くよう構成され、
前記ツールホルダに取り付けられた渦電流プローブを有する検査装置を含み、前記検査装置は、前記材料の層がいったん堆積され、付加されまたは溶接されると、前記材料の層を現場でスキャンし、前記層の欠陥を検出するよう構成され、
前記ツールホルダは、前記ツールと前記検査装置を使用のため作業位置に交互に配置し、前記ツールと前記検査装置はどちらも前記ツールホルダに取り付けられ、
前記ツールを前記作業位置に配置して前記材料の少なくとも１つの層を堆積させ、付加しまたは溶接し、それにより前記部品の断面を形成するステップを含み、
前記自動ツールホルダにより前記ツールを前記検査装置に切り換えて前記検査装置が前記作業位置に配置されるようにするステップを含み、
前記検査装置によって前記少なくとも１つの層をスキャンしながら前記ツールホルダと前記造形トレーの相対運動を行わせるステップを含み、
前記検査装置を用いて前記少なくとも１つの層に存在する１つまたは２つ以上の欠陥を検出するステップを含む、方法。
【請求項１９】
前記検査システムは、前記ツールホルダに取り付けられたカッタを含み、前記方法は、前記カッタを用いて前記１つまたは２つ以上の欠陥が存在している前記層の少なくとも一部分を切削するステップを更に含む、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容、すなわち本発明は、一般に、アディティブマニファクチュアリング（付加製造）システムおよび方法、ならびに追加のステップを含むサブトラクティブマニファクチュアリング（減少製造）システムおよび方法に関し、特に、造形プロセス中に欠陥を検出するために材料の層の実時間でのオンサイトの自動モニタリングおよび検査を行うアディティブマニファクチュアリングシステムおよび方法（または、追加のステップを含むサブトラクティブマニファクチュアリングシステムおよび方法）に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）物品を造形する種々の方法が存在することが知られており、かかる方法としては、アディティブマニファクチュアリング法（additive manufacturing：ＡＭ）、サブトラクティブマニファクチュアリング法（subtractive manufacturing：ＳＭ）、および射出成形法（ＩＭ）が挙げられる。アディティブマニファクチュアリング（ＡＭ）は、特に、材料がプラスチックであるにせよ金属であるにせよコンクリートであるにせよポリマーであるにせよいずれにせよ、材料を選択的に何層も重ねまたは付加することによって３Ｄ物品を合成する技術に関する。種々のアディティブマニファクチュアリング法は、例えば、押し出し法（例えば、熱溶解積層法、融解フィラメント造形法）、光重合法（例えば、光造形法、デジタル光処理法）、積層法（例えば、積層物品製造法）、粉体層法（例えば、電子ビーム溶解法、選択的レーザ溶解法、選択的熱焼結法、選択的レーザ焼結法）、粉末供給法（例えば、直接または指向性エネルギー堆積法）、および電子ビーム造形法である。
【０００３】
従来型ＡＭ機および方法に関するありふれた問題としては、造形プロセス中に形成される各層の一体性および健全性にまつわる不確実さが挙げられる。別の問題は、材料の隣り合う層相互間の一体性および結合の強度に関し、すなわち、融合不足に関する。ＡＭ法では典型的である他の物理的欠陥としては、高い多孔性、ＡＭ部品の表面の近くの細孔のところで始まる疲労亀裂、およびＡＭ部品の疲労寿命に悪影響を及ぼすことが知られている表面粗さが挙げられる。
【０００４】
ＡＭ部品の製造品質を判定する公知の方式では、相当な数の部品を破壊評価し、共通の欠陥を探す。しかしながら、この方式は、コスト高でありかつ時間がかかり、しかもＡＭ法の利点、例えば新しくかつ種々の部品を迅速かつ費用効果良く製造することができるという利点を帳消しにする。
【０００５】
また、造形プロセスが完了した後にＡＭ部品に存在する欠陥を検出する非破壊試験法が存在する。例えば、非破壊試験の一形式では、人が完成状態のＡＭ部品に存在する欠陥を検出するようになった手持ち型器具を持って分析のためにＡＭ部品の断面をスキャンする。しかしながら、これらの技術には、これら技術が実時間（リアルタイム）インサイチュー（in situ、現場、その場の）プロセスではなく、かくして欠陥が生じた時点で欠陥を検出して修理することができる能力を欠いているということを含む欠点がある。欠陥は、造形プロセス全体が完了する時点までにＡＭ部品中につきまとうようになり、それにより欠陥を修整することが不可能になる。その結果、ＡＭ部品全体が破棄され、新たな部品が作られなければならない。かかる結果、過度の材料の無駄を伴い、しかもコスト高である。
【０００６】
さらに、人が検出器具を安定した状態で保持してＡＭ部品中の欠陥の正確な存在場所を正確に求めるのに必要な直線経路に沿って部品をスキャンすることができない場合がある。かくして、欠陥の不正確な検出が生じる場合がある。加うるに、ＡＭ部品の複雑な幾何学的形状はまた、完成後非破壊試験法にとって難題を提起する。ＡＭ法で作られた多くの部品は、幾何学的形状に対する敏感性の低い技術、例えば浸透試験法および磁気粒子試験法では接近できない内部構造を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書に記載された要望ならびに別のおよび他の要望および利点は、本発明の実施形態によって取り組まれ、これら実施形態は、以下に説明する解決手段および利点を示している。
【０００８】
本教示内容、すなわち本発明の目的は、使用のためにＡＭ部品の品質および適合性を判定するＡＭ機（または付加的用途を有するＳＭまたはＩＭ機）向きに構成されたＡＭ検査システムおよびＡＭ検査方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、ＡＭ造形プロセス中にモニタして各層を、次の層が各層の上に重ねられる前に検査するようにする実時間インサイチュー検査システムおよび検査方法を提供することにある。かかる層ごとの検査は、スクラップ材料のコストを最小限に抑えるとともに／あるいは交換を行うのに手遅れになる前にＡＭ造形プロセス中におけるリアルタイム（実時間）の手直しを可能にするようできるだけ早く欠陥を検出する上で有益である。また、本発明の別の目的は、使用されるＡＭ法の形式および／または供給材料に応じて、ＡＭ造形プロセス中にモニタして欠陥検査が、全ての層についてこれが付加された後、層が１つ置きに付加された後、または群をなす／多数の連続して位置する層が付加された後に実施されるようにする実時間インサイチュー検査システムおよび検査方法を提供することにある。一群の連続して位置する層を検査する（例えば、３つの層を堆積させ／付加し／溶接し、次に検査を実施する）場合の利点は、かかる方法がＡＭ製造法の効率（例えば、完成状態の部品を作るまでの時間、部品の製造コスト、エネルギーの使用量、廃棄物の量など）を低下させないで広汎な欠陥分析結果をもたらすということにある。
【００１０】
欠陥は、目に見えない（例えば、作られた製品の内部に隠されている）場合があるとともに／あるいは欠陥を生じさせたＡＭ造形プロセス（例えば、ＡＭ機の装置またはコンポーネントを見るのを妨げる）によって見えにくくなる場合がある。したがって、本発明の目的は、目に見える欠陥と目に見えない欠陥の両方を検出する複雑精巧な検査システムおよび検査方法を提供することにある。
【００１１】
ＡＭ法の多くは、粉末から固体への圧密化、液体から固体への硬化を含む供給材料に対する何らかの変化を必要とするので、本発明の目的は、非破壊かつ非接触型の（検査ツールと作られた製品との直接的な接触を必要としない）ＡＭ検査システムおよびＡＭ検査法を提供することにある。かかるシステムおよび方法は、電磁式（例えば、渦電流）、スペクトル式（可視および／または不可視イメージング、分光法など）、音響式（超音波、超低周波など）、であるのが良くかつ／あるいはＡＭ部品の多孔性、密度、結晶構造解析または他の顕著な特性に関する有用なデータを明らかにする他形式の刺激および／または観察を含むのが良い。特定の技術の使用に関する制限は、ＡＭ法がＡＭ法の使用環境（例えば、高い温度、真空、閉じ込めなど）に基づく。
【００１２】
また、本発明の別の目的は、ＡＭ製品に存在する欠陥を検出するだけでなく材料の各層または連続して位置する複数の層の各群を付加／硬化させて完成状態のＡＭ製品の材料特性を算定した直後におけるかかる材料の各層または連続して位置する複数の層の各群に関する情報を集める検査システムおよび検査方法を提供することにある。例えば、検査システムは、欠陥検出、部品厚さ測定、および材料特性、例えば弾性モジュラスの算定を行う。
【００１３】
本発明の別の目的は、ＡＭ機のストローク利用を少なくとも維持し、かくして、ＡＭ機のストローク利用を減少させない検査システムおよび検査方法を提供することにある。すなわち、ＡＭ機に組み込まれまたはこれに一体化された検査システムは、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）運動軸線の使用度の減少を最小限に抑える。好ましくは、ＡＭ機に組み込まれまたはこれに一体化された検査システムは、ＣＮＣ運動軸線の使用度を増大させ、それによりＡＭ機によって造形できる部品のサイズを増大させる。
【００１４】
また、本発明の目的は、ＡＭシステム（または付加的用途を有するＳＭまたはＩＭシステム）中に組み込むことができる検査装置またはユニットを提供することにより、この場合、検査装置またはユニットは、上述の目的のうちの１つまたは２つ以上を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的および他の目的は、部品がアディティブマニファクチュアリング法によって製造されている間に部品を検査する実時間インサイチューシステムであって、このシステムは、アディティブマニファクチュアリング装置と、部品を形成するよう材料を何層も重ね、付加し、または溶接するよう構成されたツールを担持しているツールホルダと、ツールホルダが取り付けられたツール配置機構体とを含み、ツール配置機構体とアディティブマニファクチュアリング装置の造形テーブル／トレー／床は、造形プログラムによって定められた経路に沿って相互の相対運動を行うよう構成され、このシステムは、ツールホルダに取り付けられた検査装置を含み、検査装置は、材料の層を現場でスキャンし、そして層をいったん堆積させ、付加しまたは溶接すると層の欠陥を検出するよう構成され、ツールホルダは、ツールと検査装置を使用のための向きに交互に提供し、ツールホルダは、材料の層を堆積させ、付加し、または溶接するための位置にツールを固定し、しかる後、ツールホルダは、ツールを検査装置に切り換えてこの検査装置を、材料の層をスキャンしてこの層の欠陥を検出するための位置に配置するようになっていることを特徴とするリアルタイム（実時間）インサイチュー（現場、その場の）システムによって達成される。
【００１６】
このシステムは、検査装置によって実施される欠陥検出プロセスの作動を制御する検査コントローラを含む。幾つかの実施形態では、検査コントローラはまた、欠陥検出プロセス中に提供された結果を考慮に入れて、ＡＭ装置によって実施される層を重ね、付加し、または溶接するプロセスを能動的に管理する。例えば、検査コントローラは、先に付加された層の品質および状態に関するフィードバック信号を伝送することによってＡＭ装置のＣＮＣ制御システムと通信することができる。ＣＮＣ制御システムは、次に、ＡＭプロセスを適切に調節して問題を修復し、またはＡＭプロセスを一時停止してオペレータに欠陥について知らせることができる。検査コントローラは、例えばＰＩＤ（比例積分偏差）アーキテクチャを備えたフィードバックコントローラであるのが良い。幾つかの場合、検査コントローラは、実施された各検査の結果（例えば、欠陥の数、ＡＭ部品内の欠陥の存在場所）から学んでそれに従ってＡＭ造形プロセスおよび／または検査プロセスを適応させて層の次の堆積／付加／溶接中に作られる他の欠陥の可能性をなくしまたは少なくとも減少させる適応制御システムまたはインテリジェント制御システムを用いる。例えば、適応またはインテリジェントコントローラは、欠陥検査が各材料層の付加後に実施されるよう検査ツールを当初構成するのが良い。幾つかの材料層を付加し、そして各層がごく僅か（例えば、２つまたは１つ）からゼロの欠陥を生じさせた場合、コントローラは、検査の頻度を適応させるとともに調節することができる（例えば、１つおきの層を検査し、２つめごと、３つめごと、４つめごとなどの層を検査する）。これとは逆に、適応またはインテリジェントコントローラが連続した複数の層の各群を堆積させた後に欠陥検査を行い、検出された欠陥の数が増大した場合、コントローラは、検査頻度が増加する（例えば、各層の堆積後に検査する）よう適切に調節を行う。コントローラは、それに応じて、高品質のＡＭ部品の効果的な製造を可能にする。
【００１７】
本発明のＡＭ検査システムおよび方法ならびに従来型ＡＭユニット中に組み込まれるＡＭ検査装置は、ＡＭ部品が製造されているときにＡＭ部品の実時間検査を行い、それにより、検査が必要な材料の量を大幅に減少させるとともに製造欠陥の即時（リアルタイム、インサイチュー）修整を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の教示に従って製造機械（例えば、アディティブ、サブトラクティブ／フライス加工、射出成形またはこれらの組み合わせ）向きに構成されたＡＭ検査システムの略図である。
【図２】本発明の教示に従って製造機械（例えば、アディティブ、サブトラクティブ／フライス加工、射出成形またはこれらの組み合わせ）向きに構成されたＡＭ検査システムの略図である。
【図３】レーザ焼結機向きに構成された図１に示されているＡＭ検査システムの略図である。
【図４】本発明の教示によるＡＭ検査方法のステップを示す流れ図である。
【図５】渦電流プローブを用いた図１に示されているＡＭ検査システムを示す図である。
【図６ａ】図１に示されたＡＭ検査システムのツールホルダの一実施形態を示す図である。
【図６ｂ】図１に示されたＡＭ検査システムのツールホルダの別の実施形態を示す図である。
【図６ｃ】図１に示されたＡＭ検査システムのツールホルダの別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下において、本発明の実施形態が示されている添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下の説明は、例示目的で提供されているに過ぎず、本発明は、これらの実施形態には限定されるべきではない。本明細書において記載した要件を満たす任意のシステムまたはコントローラ形態およびアーキテクチャは、本発明に従ってＡＭ検査システムおよび方法を具体化するのに適していると言える。
【００２０】
本発明の具体化例のうちの最も簡単な例は、事前映像化ＡＭ機と、装置、および機構体の使用が挙げられる。熱溶解積層法（ＦＭＤ、Stratasys（登録商標）)、超音波圧密（Ｕ／Ｓ、Fabrisonic）、および電子ビームワイヤフィード（ＥＢＭワイヤ、Sciaky）が高精度機械ツールおよび／またはＡＭプロセス（例えば、選択的積層法）を実施するための堆積ヘッドのロボットによる配置を利用したプロセスの例である。本発明のシステムは、自動交換式ツールホルダまたはマウントを利用する。例えば、このシステムは、超音波アディティブマニュファクチャリング機向きに合わせてまたはこのために構成されるのが良く、そしてこのシステムは、自動交換式ツールホルダを利用する。他のＡＭ機用に構成された本発明のシステムを同様な点で構成できる。
【００２１】
本発明の有利な一特徴は、ＡＭプロセスを実質的に中断することなく堆積ツールと検査ツールのリアルタイム（実時間）のインサイチュー（現場の、その場での）スワッピング／切り換えにある。例えば、超音波ＡＭ積層ヘッドは、層を堆積した後、かつオプションとして計画した切れ目をフライス加工ツールで作る前または後で、検査ツールに切り替わる。幾つかの実施形態では、渦電流プローブが検査ツールとして用いられ、渦電流プローブは、材料の連続性に関する何らかの問題（細孔、クラック、または結合部のくっつき）を指示する応答信号偏差を探し求めるため、スキャニングパターンで直近に堆積した層上を正確に動かされるようになっている。ＡＭ機ベース（造形テーブル、トレー、床またはプラットホーム）に対するプローブの存在場所に関する検査ツールの構成により、層中の欠陥の正確な存在場所を求めることができる。
【００２２】
渦電流プローブは、潜在的な安全関連または品質関連問題があるかどうかについてＡＭ部品の層を検査することができる有利な検出ユニットである。クラック検出に加えて、渦電流は、材料の厚さ測定、例えば、導電性の測定、熱処理の効果のモニタリング、および互いに異なる材料の被膜／層の厚みの測定に使用できる。渦電流検査は、広い面積を極めて速く調べることができ、カップリング液を用いる必要がない。渦電流検査はまた、材料の硬度の点検にも使用できる。幾つかの実施形態では、渦電流検査および音波（例えば、超音波）検査は、相補技術として一緒になって用いられ、渦電流は、迅速な表面検査にとって利点を有し、超音波は、良好な深さ侵入度を有する。本発明の幾つかの実施形態では、検査ツールが１つだけ（電磁、スペクトルまたは音響）が用いられる。他の実施形態では、２つまたは３つ以上の検査ツールが同時かタンデムに（次々に）かのいずれかで利用される。理解されるべきこととして、検査ツールの任意の組み合わせを実施することができる。例えば、検査ツールは、渦電流プローブと分光器から成っていても良く、あるいは変形例として、デジタルカメラおよび超音波変換器から成っていても良い。
【００２３】
本発明の幾つかの実施形態では、ＡＭ検査システムは、コントローラおよび検査ツールに結合されたデータベースを含む。データベースは、検査された各層（または複数層の群）の材料特性データ（例えば、多孔度、密度、結晶構造解析結果、導電率、弾性モジュラスなど）を収集して、かかるデータを完成状態のＡＭ部品に関連付けて個々の各部品に関する造形／品質保証記録を作成する。例えば、検査ツールが渦電流プローブである場合、データベースは、クラック検出、材料厚さ測定、被膜測定、導電率測定（熱損傷検出、焼入硬化層厚さ測定）および／またはその他に関する情報を保存する。材料特性データの収集は、同一ＡＭ部品の多数回の造形／製造作業に対する品質管理を維持する上でも有益である。幾つかの場合、コントローラ（例えば、適応、インテリジェント、フィードバック）が、先の造形作業からのデータを利用してＡＭ造形装置によって実施されている現在の造形作業を調整して現在の造形中に作られる欠陥の数がゼロでありまたは最小限であるという可能性を高める。
【００２４】
本発明のＡＭ検査システムは、ＲＦＩＤタグをＡＭ部品の内側にまたはＡＭ部品の外面に取り付けまたは埋め込むツールを含むのが良い。ＲＦＩＤ取り付けツールは、ＡＭプロセス中またはＡＭプロセス全体が完了した後にＲＦＩＤタグを埋め込むよう構成されているのが良い。ＲＦＩＤタグは、ＡＭ部品の材料特性データを含み、この材料特性データは、ＡＭ部品を将来の保守または修復中に検査しまたは分析するときに有用な場合がある。ＲＦＩＤタグは、検出された欠陥の数および欠陥を除去するために必要な修復の程度に関する情報を更に含むのが良い。ＲＦＩＤタグは、関連材料特性データをＡＭ部品と一緒に伝える確実かつ有効な手段を提供するのを助ける。これは、関連部品とは別個にペーパー上に記憶されまたは電子記憶装置（例えば、メモリハードドライブ、サーバ）上に記憶されたデータが紛失状態になる場合がある状況とは対照的である。例えば、後で特定のＡＭ部品が故障した場合（例えば、壊れた場合）、ＡＭ部品の造形履歴への迅速な調査が、埋め込み状態のまたは取り付け状態のＲＦＩＤタグを単にスキャンしてこの中に記憶されている情報を取り出すことによって実施できる。幾つかの場合、ＲＦＩＤタグを取り付けまたは埋め込むツールは、層堆積／付加／溶接ツールおよび／または切削／フライス加工ツールを含み、これらを伴いまたはこれらの一部であるのが良い。
【００２５】
欠陥がいったん検出されると、ＡＭ部品を破棄するのが良く（再加工方法がない場合）または切削／フライス加工ツールを呼び出すルーチンが欠陥の広がりを含むポケットを切除するのが良く、その結果、堆積プロセスがポケットを埋め戻してスポットの再加工を終了させ、それにより加工中の部品のバランスに似るようにするのが良い。変形実施形態では、欠陥を含む層を切削／フライス加工ツールによって完全に除去し、その後、堆積／付加／溶接ツールを用いて除去した層の被着／付加を繰り返すルーチンが開始されるのが良い。次に再加工ポケットまたは置換層を再び検査して欠陥が存在しないことを確認するのが良い。
【００２６】
幾つかの実施形態では、最初に、層全体を検査し、その後、切削／フライス加工ツールを用いて検出された欠陥があればこれらを除去する。本発明のシステムは、層中の検出された欠陥があればこれらの正確な存在場所に関するデータを保存する記憶装置またはメモリユニットを含むのが良い。層がいったん完全に検査されると、このシステムは、存在場所データを用いて切削／フライス加工ツールを欠陥の各々を除去するのに適した位置に動かし、更に堆積ツールを、切削／フライス加工ツールによって作られたポケットを埋めることによって材料の層を再加工するのに適した位置に更に動かす。幾つかの場合、欠陥の数がしきい値を超えている場合、このシステムは、切削／フライス加工ツールを制御して層全体を除去し、その後、堆積ツールを制御して置換層を堆積／付加／溶接するステップを繰り返す。
【００２７】
本発明の例示の実施形態は、以下の特徴を含むが、これらには限定されない。
‐単一のアクチュエータをツール交換機能に置き換える複数機能専用アクチュエータの使用。
‐ツール配置方式は、滑り面方式、回転方式、六脚方式または任意他の方法であるのが良い。
‐種々の接触型および／または非接触型検査ツールおよび方法を一緒にまたは別個に利用することができる。
‐接触型ツールおよび方法は、次の堆積作業を妨害する場合のある残滓を残さないようにすべきである。
‐堆積方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の形態をとることができ、そして堆積方法と検査方法の組み合わせを制限する場合のある任意の環境においても動作することができる。
‐用いられる材料は、堆積および／または検査技術の能力の全範囲に及ぶ場合がある。
‐検査技術は、検査データの解釈を助けるために、部品を造形する設計ファイル（例えば、３Ｄモデル、ＣＡＤファイル、ＳＴＬファイル、ｇコードなど）を用いるのが良い。
【００２８】
図１は、部品１０２がアディティブマニュファクチャリング法により製造されている間に部品１０２を検査する実時間インサイチュー（現場）システム１００を示している。このシステムは、アディティブマニュファクチャリング装置１２０と、部品１０２を形成するよう材料を何層も重ね（堆積させ）、付加しまたは溶接するよう構成されたツール１０８を担持した自動交換式ツールホルダ１０６とを含む。ツールホルダ１０６は、ツール１０８ならびに他のツール１１２，１１４，１１６，１１８のツール配置のための回転ユニットまたは六脚ユニットを有するのが良い。幾つかの実施形態では、ツール１０８は、ツールホルダ１０６に解除可能に連結され、それによりツールを取り外したり交換したりすることができる。ツールホルダ１０６は、ツール配置機構体１１０に取り付けられ、このツール配置機構体は、ツールホルダ１０６をＡＭ装置１２０の造形テーブル、トレーまたは床１２２の一方の側の上方にまたはこれから放して保持する。ツール配置機構体１１０およびＡＭ装置１２０は、造形トレーとツールホルダとの相対運動を可能にするよう構成されている。具体的に説明すると、ツールホルダと造形トレーは、造形プログラム１３０によって定められた経路に沿って互いに対して動き、造形プログラム１３０は、アップロードされてシステム１００の記憶装置１３２に記憶されるのが良い。幾つかの実施形態では、造形プログラム１３０は、ＳＴＲ設計ファイル、ＣＡＤファイル、またはｇコードとして具体化される。他方において、造形プログラム１３０は、ＡＭプロセス（ＣＮＣ）コントローラ１３４を用いて作成されるとともに設定できる。オペレータがＣＮＣコントローラ１３４を用いて造形プログラムをいったん作ると、この造形プログラムは、記憶装置１３２内に設計ファイルとして保存されるのが良い。ＣＮＣコントローラ１３４は、プロセッサまたはマイクロプロセッサであるのが良い。他の実施形態では、コントローラ１３４は、通信ケーブル（例えば、ＵＳＢ（商標））またはワイヤレス通信方式によりＡＭ装置１２０に接続されたコンピュータであるのが良い。
【００２９】
システム１００は、ツールホルダ１０６に取り付けられた検査ツール１１２を更に含む。この検査装置は、供給材料の層を現場でスキャンし、この層がいったん材料の既存の層に対して堆積され、付加されまたは溶接されると、層中の欠陥を検出するよう構成されている。幾つかの実施形態では、検査ツール１１２は、層の特性データ（機械的性質、電気的性質、熱的性質、多孔度、密度、結晶構造解析結果または他の顕著な性質）もまた収集するよう構成されている。検査ツール１１２は、ツールホルダ１０６に解除可能に連結されるのが良い。図１に示されているように、ツールホルダ１０６は、ツール１０８と検査装置１１２を造形トレー１２２の方へ差し向けられた向きに交互に位置決めすることができる。したがって、一つの場合では、ツールホルダは、材料の層を堆積させ、付加しまたは溶接する位置にツールを固定し（ＡＭステップ）、しかる後、別の場合では、ツールホルダは、ツール１０８を検査ツール１１２に切り換えてこれを材料の層中の欠陥のスキャニングおよび検出のための位置に配置する（検査ステップ）。
【００３０】
検査ツール１１２は、材料の層中に欠陥が存在するかどうかを判定するための電磁試験センサを利用するのが良い。例えば、検査ツール１１２は、材料の層中の表面の傷を検出してこれを特徴付けるために電磁誘導方式を利用する少なくとも１つの渦電流プローブを有するのが良い。システム１００で利用できる電磁試験センサの他の例としては、リモートフィールド試験プローブ、磁束漏れツール、磁性粒子検査ツール、および交流電流フィールド測定ツールが挙げられる。他の実施形態では、検査ツール１１２は、スペクトル試験、例えば視覚映像化、非視覚映像化、分光法、Ｘ線イメージング、磁気共鳴イメージングなどを提供することができる。別の実施形態では、検査ツール１１２は、音波を利用した試験センサを有するのが良く、かかるセンサは、超音波、超低周波などを利用して材料の層に対して非破壊検査を実施する。音波を利用した試験センサの例は、アコースティックエミッションツール、電磁音響変換器、および音響共鳴技術である。非破壊検査センサの上述のリストは、例示として提供され、検査ツールは、これらには限定されない。検査ツールによって具体化される非破壊試験センサの種類は、部品１０２を造形するためにＡＭプロセスで用いられる材料の種類で決まる場合がある。例えば、供給材料が金属でありまたは金属を含む場合、渦電流プローブまたは超音波センサが欠陥を検出するのに有効なツールであり、というのは、これらは、十分な侵入深さを提供するからである。
【００３１】
図１に示されているように、ツールホルダ１０６は、検査装置１１２および堆積／付加／溶接ツール１０８ならびに１つまたは２つ以上の他のツールまたは装置１１４〜１１８をしっかりと保持するよう構成されているのが良い。例えば、切削／フライス加工ツール１１４がスピンドルによってツールホルダ１０６に解除可能に連結されるのが良い。スピンドルは、カッタ１１４を受け入れるようになっており、スピンドルは、ツールホルダ１０６に取り付けられている。カッタは、欠陥が検出された材料の層の少なくとも一部分を切削しまたはフライス加工するよう構成されている。すなわち、幾つかの実施形態では、欠陥がいったん検出されると、ツールホルダは、検査ツールをカッタに切り換えてこれを造形トレー１２２の方へ差し向けられた作業位置に配置し、カッタは、欠陥の存在場所が突き止められた層の部分を除去するのが良い。他の実施形態では、層を完全に分析し、この層中に存在する全ての欠陥を検出し、その後、システムは、検査装置１１２をカッタ１１４に切り換える。次に、欠陥の全てを一連続除去プロセスでカッタにより切除する。
【００３２】
幾つかの実施形態では、ツールホルダは、層のより包括的な検査を提供するために他の検査ツール１１６を更に担持するのが良い。検査ツール１１６は、用いられるセンサの形式に基づいて検査ツール１１２とは異なっている場合がある。しかしながら、検査ツール１１２，１１６は、互いに異なる非破壊法、すなわち電磁法、スペクトル法、音響法に基づくのが良い。他のＡＭツール１１８（堆積／付加／溶接ツール１０８に加えて）が部品１０２を造形する際に使用できる複数のＡＭプロセス／技術を提供するためにツールホルダ１０６中に挿入されるのが良い。変形例として、ツール１０８は、ＲＦＩＤタグを部品１０２に取り付けまたは埋め込むよう構成されている。ＲＦＩＤタグは、検査ツール１１２によって集められた材料特性データに関する情報を含む。幾つかの実施形態では、ツール１１２〜１１８のうち１つまたは２つ以上は、ツールホルダ１０６に解除可能に取り付けられるのが良い。
【００３３】
図６ａ〜図６ｃは、ツールホルダ１０６の互いに異なる形態を示している。図６ａのツールホルダ（図１〜図３にも示されている）は、ツール１０８，１１２，１１４，１１６，１１８が解除可能に取り付けられた回転ハブ１６０を備えている。回転ハブは、作業位置に配置されるのがどのツールかを変えるようサーボモータまたはアクチュエータ１６２を有するのが良く、作業位置は、造形トレー１２２の方へ差し向けられた実質的に垂直の向きとして定められる。図６ａは、ツール１０８が作業位置に現時点において配置されている状態を示している。検査ツール１１２をこの作業位置に配置するために、モータ１６２は、例えば反時計回りの方向に約６０°だけ回転ハブ１６０を回転させる。変形例として、切削／フライス加工ツール１１４を作業位置に配置するため、回転ハブは、時計回りの方向に回転することができ、それによりツール１０８を６０°変位させる。幾つかの実施形態では、モータ１６２は、回転ハブ１６０を３６０°以上、回転させるようになっている。
【００３４】
図６ｂは、回転ハブ１６０ならびに回転ハブ１６０に隣接して配置された静止ハブ１６４を有するツールホルダ１０６を示している。モータ１６２が回転ハブ１６０を回転させても、静止ハブは、そのままの状態であり、同一位置および同一向き（すなわち、作業位置）でツールをこの静止ハブに取り付けられた状態に保持する。図６ｂに示されているように、堆積／付加／溶接ツール１０８は、静止ハブ１６４に取り付けられており、他方、検査ツール１１２、切削／フライス加工ツール１１４、および他のツール１１６〜１１８は、回転ハブ１６０に取り付けられている。この形態により、堆積／付加／溶接ツール１０８を常時作業位置に固定することができ、更に回転ハブ１６０はまた、配置されるべき検査ツール１１２、切削／フライス加工ツール１１４、または他のツール１１６〜１１８のうちの１つを作業位置（すなわち、造形トレー１２２の方へ差し向けられた実質的に垂直の向き）に配置することができる。例えば図６ｂに示されているように、堆積／付加／溶接ツール１０８および検査ツール１１２ａは、互いに並置して、互いに近接してかつ／あるいは互いに隣接して配置されている。当業者であれば理解されるように、堆積／付加／溶接ツール１０８とは異なるツールを静止ハブ１６４によって保持することができる。一実施形態では、検査ツール１１２は、検査機能が常時利用でき、しかも検査ツールを作業位置に再配置する必要なく、検査を連続してまたは周期的に実施することができるよう静止ハブ１６４に取り付けられるのが良い。検査ツール１１２と堆積／付加／溶接ツール１０８の両方が作業位置で並置して配置される場合、検査ツールは、直近で付加された材料の層を欠陥があるかどうかについて検査するよう構成されている。同様に、回転ハブ１６０がカッタ１１４を回転させてこれを作業位置に配置し、その結果、カッタ１１４が検査ツールの次に位置するようにすると、検査ツールは、材料の層またはその一部分を欠陥があるために除去した直後に部品１０２を検査することができる。これは、除去プロセスが部品１０２中に、特に除去プロセスの結果として露出された材料の任意の層を偶発的に損傷させていないまたはこれに追加の欠陥を生じさせていないことをチェックするのを助ける。別の場合、検査ツール１１２（静止ハブ１６４に取り付けられている）と検査ツール１１６（回転ハブ１６０に取り付けられている）は両方とも、作業位置で並置して配置される。したがって、検査ツールの両方を同時に作動させて造形時間を実質的に増大させることなくより包括的な検査を効果的に実施することができる。
【００３５】
図６ｃは、静止ハブ１６６だけを有するツールホルダ１０６の第３の形態を示している。堆積／付加／溶接ツール１０８、検査ツール１１２、切削／フライス加工ツール１１４、および他のツール１１６〜１１８が静止ハブに取り付けられている。図６ｃでは、ツール１１６〜１１８は、説明を簡単にする目的で図示されていない。ツールの全ては、作業位置においてまたは実質的に作業位置において静止ハブに固定されている。堆積／付加／溶接ツール１０８は、造形トレー１２２の方へ差し向けられた垂直の向きに保持される。他方、検査ツール１１２、切削／フライス加工ツール１１４、およびツール１１６〜１１８は、斜めの向きで（すなわち、静止ハブ１６６に対して傾斜角をなした状態で）保持され、その結果、これらのツールは、実質的に、造形トレー１２２および／または堆積／付加／溶接ツール１０８が差し向けられている部品１０２上の同一の場所に向かって差し向けられるようになっている。当業者であれば、堆積／付加／溶接ツール１０８とは異なるツールを静止ハブ１６６の中心のところで垂直の向きに保持することができることは理解されよう。
【００３６】
図１に戻ってこれを参照すると、ＣＮＣコントローラ１３４は、造形プログラム１３０に従ってツールホルダ１０６と造形トレー１２２の相対運動を制御する。幾つかの実施形態では、ツール配置機構体１１０は、ツールホルダを１本または２本以上の軸線（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って動かすために１つまたは２つ以上のアクチュエータを含むのが良い。例えば、ツール配置機構体１１０は、ツールと部品１０２の最も頂部の層との間の距離を増減するためにツールホルダ１０６を造形トレー１２２に向かって（下へ）またはこれから遠ざけて（上へ）シフトさせる（ｚ軸）アクチュエータ１２６を含むのが良い。他の実施形態では、ツール配置機構体は、ｘ方向および／またはｙ方向へのツールホルダ１０６の運動を提供するようアクチュエータ１２４が載せられる複数の軌道１２８を有するのが良い。ツール配置機構体のアクチュエータ１２４，１２６および軌道１２８は、部品１０２に対するツールホルダ１０６の、およびかくして例えば検査ツール１１２の、正確な運動を提供するのを助け、その結果、検査スキャニングを既定のルートに従って実施することができるようになっている。
【００３７】
ツール配置機構体１１０によって提供できる運動の代替手段としてまたはこれに加えて、ＡＭ装置１２０は、造形トレー１２２の運動をもたらすよう構成されていても良い。例えば、ＡＭ装置１２０は、造形トレー１２２を１本または２本以上の軸線（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って動かすために１つまたは２つ以上のアクチュエータ１２９を有するのが良い。かくして、アクチュエータ１２９は、部品１０２をツール１０８，１１２，１１４，１１６，１１８のうちの任意のものに近づけまたはこれから遠ざけて位置決めするために造形トレーをツールホルダ（ｚ軸）に向かって（上へ）またはこれから遠ざけて（下へ）シフトさせるよう構成されているのが良い。幾つかの実施形態では、アクチュエータ１２９またはＡＭ装置１２０内に設けられる第２のアクチュエータは、造形トレー１２２をｘ方向に動かすよう構成されているのが良い。さらに、アクチュエータ１２９または別のアクチュエータは、造形トレー１２２をｙ方向に動かすよう構成されているのが良い。１つまたは２つ以上のアクチュエータ１２９によって、造形トレー１２２をツールホルダ１０６、更にツール１０８，１１２，１１４，１１６，１１８に対して正確に動かすことができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、ツール配置機構体１１０およびＡＭ装置１２０は各々、ツールホルダ１０６と造形トレー１２２との相対運動を生じさせるために３軸運動範囲を提供する。他の実施形態では、ツール配置機構体１１０かＡＭ装置１２０かのいずれかが３軸運動範囲を提供する。さらに別の実施形態では、ツール配置機構体１１０は、１軸または２軸運動範囲だけを提供しても良く、他方、ＡＭ装置は、残りの１本の軸線または複数の軸線における運動範囲を提供する。例えば、ツール配置機構体は、ツールホルダをｚ軸方向に動かすよう構成されるのが良く、ＡＭ装置は、造形トレーをｘ軸方向およびｙ軸方向に動かすよう構成される。当業者であれば、ツール配置機構体およびＡＭ装置の運動機能に関して他の組み合わせが可能であることは理解されよう。
【００３９】
システム１００は、部品１０２の材料の層の検査中、検査ツール１１２および／または検査ツール１１６を制御する検査コントローラ１７０を更に含むのが良い。具体的に説明すると、検査コントローラ１７０は、検査プロセス中、ツールホルダと造形トレーの相対運動を生じさせるためにツール配置機構体および／またはＡＭ装置によって用いられる経路を定める検査プログラム１７２を搭載しているのが良い。検査プログラム１７２は、造形プログラム１３０に基づくとともにｇコード、ＳＴＬ設計ファイルまたはＣＡＤファイルの特性を反映するのが良い。図１に示されているように、検査プログラム１７２をアップロードしてこれを検査コントローラ１７０中に直接記憶させるのが良い。他の実施形態では、検査プログラムは、記憶装置１３２に記憶されて検査コントローラ１７０に伝送されるのが良い。検査ツール１１２がツールホルダによって作業位置に配置されると、ＣＮＣコントローラ１３４は、検査コントローラに対しツール配置機構体およびＡＭ装置の運動制御を放棄するのが良い。他の実施形態では、検査コントローラ１７０は、ＣＮＣコントローラ１３４を介して運動制御信号をツール配置機構体およびＡＭ装置に伝送する。検査コントローラ１７０は、プロセッサまたはマイクロプロセッサであるのが良い。幾つかの実施形態では、ＣＮＣコントローラ１３４と検査コントローラ１７０が組み合わされて１つの単一の制御モジュールを形成する。
【００４０】
検査コントローラ１７０は、例えばＰＩＤアーキテクチャを有するフィードバックコントローラであるのが良い。幾つかの場合、検査コントローラは、各検査作業の結果（例えば、欠陥の数、ＡＭ部品内における欠陥の存在場所）から学び、それに従ってＡＭ建造プロセスを適応させ（造形プログラム１３０を調節し）および／または検査プロセスを適応させ（検査プログラム１７２を調節し）層の次の付加中に生じる他の欠陥の可能性をなくしまたは少なくとも減少させる適応制御システムまたはインテリジェント制御システムを用いる。検査コントローラ１７０は、検査ツール１１２をツールホルダの作業位置に配置し、ツール１０８によって直近で堆積し、付加され、または溶接された層のあらゆる部分をプローブで探査するよう構成されているのが良い。欠陥が検査ツール１１２によっていったん検出されると、検査コントローラは、部品１０２中の欠陥の存在場所を突き止めてこの情報を記憶ユニット１３２に保存するのが良い。幾つかの実施形態では、検査コントローラ１７０は、確かに欠陥が存在していることを確認するために同一の検査ツール１１２を用いてこの存在場所を再検査するのが良い。変形例としてまたは追加例として、検査コントローラ１７０は、他の検査ツール１１６を作業位置に配置してこれを用いて欠陥が存在していることを確認するためにその場所を検査しても良い。欠陥が存在していることがいったん確認されると、検査コントローラ１７０かＣＮＣコントローラ１３４かのどちらかがツールホルダ１０６を調節して切削／フライス加工ツール１１４が作業位置に位置するとともに欠陥の存在場所の方へ差し向けられるようにする。しかる後、欠陥を除去しまたは材料の層全体を除去する。除去プロセスが完了すると、ギャップを再充填するか、新たな置換層をツール１０８によって堆積させ、付加しまたは溶接するかのいずれかを行う。検査プログラムは、修整により欠陥がなくなったことをチェックするために材料の層の別の検査を実施する。欠陥が依然として残っておりまたは他の欠陥が生じている場合、システム１００は、欠陥が検出されないようになるまで、除去及び再充填プロセスを再び実施する。材料の層に欠陥がなくなると、造形プロセスは、部品１０２の次の層の作製を続ける。
【００４１】
検査コントローラ１７０は、他の実施形態では、層中に存在する場合のある欠陥を全て突き止めて、検出された欠陥の各々の存在場所を記憶装置１３２中に保存することで、最初に材料の層をその全体についてプローブ探査するよう構成されているのが良い。ツール１１２による層全体の検査が終わった後、検査コントローラ１７０は、同一の検査ツール１１２および／または他の検査ツール１１６を用いて欠陥の存在を確認するのが良い。層全体を検査した後にのみ除去プロセスおよび再充填プロセスを開始する。具体的に言えば、検査コントローラ１７０および／またはＣＮＣコントローラ１３４は、記憶装置１３２にアクセスして検出された欠陥の存在場所データを検索し、その目的は、欠陥を除去するためにカッタ１１４を適切に位置決めすることにある。コントローラ１３４，１７０は、ＡＭ装置１２０、ツールホルダ１０６、およびツール配置機構体１１０と連絡状態にあり、それにより検査システムに含まれるツールおよび装置の正確な運動が提供される。
【００４２】
図２は、本発明の別の実施形態を示しており、この実施形態では、堆積／付加／溶接ツール１０８がマウント１８０によりツール配置機構体１１０（例えば、軌道１２８）に別々に取り付けられている。ツールホルダ１０６は、第１の検査ツール１１２、カッタ１１４、第２の検査ツール１１６、ＲＦＩＤタグツール１１８、および／または補助ツール１１９（例えば、検査ツール、カッタ、ＡＭツール）を担持するのが良い。マウント１８０は、アクチュエータ１８２を有し、アクチュエータ１８２は、軌道１２８と協働してマウント１８０をツールホルダ１０６の運動とは別個独立に動かす。ツールホルダ１０６と同様、マウント１８０およびツール配置機構体１１０は、ツール１０８と造形トレー１２２（および部品１０２）との相対運動を達成するために１本、２本または３本の軸線に沿う運動範囲をもたらすよう構成されているのが良い。アクチュエータ１８２の動きは、ＣＮＣコントローラ１３４によって制御されるのが良く、他方、ツールホルダ１０６の動きは、検査コントローラ１７０によって制御されるのが良い。理解されるべきこととして、本発明は、堆積／付加／溶接ツール、検査装置および切削／フライス加工ツールの取り付けにおける他の変形例を含む。例えば、カッタ１１４は、堆積ツール１０８および検査ツール１１２，１１４から別個独立に取り付けられても良い。
【００４３】
図３は、実時間インサイチューシステム１００を示しており、この場合、ＡＭ装置は、レーザ焼結（例えば、選択的レーザ焼結）機１９０である。選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）機１９０は、少なくとも２つのチャンバ、粉末供給チャンバ１９２および造形チャンバ１９４を有する。粉末供給チャンバは、造形チャンバ１９４内で作られる部品１０２の構成材料である基材または供給材料を収容している。粉末材料の層がローラ１９３によって造形チャンバ１９４の領域内で造形トレー１２２上に置かれる。この特定の形態では、堆積／付加／溶接ツール１０８は、部品１０２の断面を形成するよう供給材料の層を焼結するようになったレーザである。検査プログラム１７２に応じて、直近で付加された層が検査ツール１１２によって検査される。何らかの欠陥がこの層中に検出された場合、除去プロセスおよびその次の再充填プロセスが実施される。しかる後、修整により欠陥がなくなったことを確かめるための別の検査が実施される。再検査によって層中に欠陥が存在しないことがわかると、造形トレー１２２をアクチュエータ１２９（例えば、造形ピストン）によってある特定の距離だけ下降させ、そしてレーザ焼結プロセスを繰り返し実施する。
【００４４】
理解されるように、実時間インサイチュー検査システム１００は、他形式のＡＭ機向きに構成できる。例えば、ＡＭ装置１２０は、熱溶解堆積モデリングプリンタとして特徴付け可能である。別の実施例では、ＡＭ装置１２０は、超音波溶接システムを有するのが良く、この場合、高周波超音波音響振動が圧力下で互いに保持された材料または加工物の層に加えられ、固体溶接を作り出す。ＡＭ装置１２０は、他の場合、電子ビームワイヤ供給技術または付加摩擦攪拌技術に基づくのが良い。アディティブマニュファクチャリング技術の上述のリストは、例示として提供されており、ＡＭ装置は、これらには限定されない。
【００４５】
図４は、対応のＡＭ検査方法に含まれる種々のステップを示している。この方法は、ＣＮＣコントローラ１３４および／または検査コントローラ１７０に記憶されていてこれらの上でランするソフトウェアまたは制御アルゴリズムの状態に具体化できる（幾つかの実施形態では、コントローラ１３４，１７０は、単一のコントローラとして組み合わされることに注目されたい）。例えば、この方法を造形プログラム１３０および／または検査プログラム１７２に記憶するのが良く、あるいは変形例として、この方法のある特定の部分が造形プログラム１３０に記憶され、他方、残りの部分が検査プログラム１７２に記憶される。図４では、ＡＭ造形プロセスを検査する方法は、次のステップ、すなわち、造形プロセス１３０を用いてＡＭ造形プロセスをコントローラ１３４中にプログラムするステップ（ステップ２０２）、ＡＭ装置１２０をこれが造形プログラム１３０に従って部品１０２を造形するよう構成するステップ（ステップ２０４）、および堆積／付加／溶接ツール１０８を造形トレー１２２に対して位置決めして部品１０２の断面の構成を開始するステップ（ステップ２０６）を含む。位置決めステップは、ツールホルダ１０６を調節し（例えば、回転させて）、堆積／付加／溶接ツール１０８が作業位置（すなわち、造形トレーの方へ差し向けられた実質的に垂直の向き）に位置するようにするステップ、およびツールホルダ１０６と造形トレー１２２の相対運動をもたらすステップを含むのが良い。相対運動は、ツール配置機構体１１０（アクチュエータ１２４，１２６および軌道１２８を備えている）によりツールホルダを動かすとともに／あるいは造形トレーをＡＭ装置１２０内のアクチュエータ１２９により動かすことによって達成できる。この方法は、検査構成に応じて供給材料の単一の層または層の群を堆積させ、付加するとともに／あるいは溶接するステップ（ステップ２０８）、および堆積／付加／溶接ツール１０８を検査ツール１１２に切り換えて検査ツールを直近で付加された材料の層に対して位置決めするステップ（ステップ２１０）を更に含むのが良い。切り換えステップは、ツールホルダ１０６を調節して（例えば、回転させて）検査ツール１１２が作業位置に位置するようにすることによって実施される。しかる後、検査ツールが欠陥または傷があるかどうかについてこの層をスキャンしている間に検査ツールと材料の層の相対運動をもたらす（ステップ２１２）。この方法は、欠陥がスキャンされている層の任意の部分に沿って検出されたかどうかを判定する判定ステップ（ステップ２１４）を更に含む。欠陥が存在しない場合、この方法は、造形プロセスが完了したかどうかを判定するステップ（ステップ２４０）に進む。造形プログラム１３０が追加の造形命令を持っていない場合、ＡＭプロセスが部品１０２の造形を終了した（ステップ２４２）と判定される。これとは対照的に、造形プログラム１３０が次の造形命令を含む場合、造形プロセスが続き、ステップ２０６〜２１４が繰り返される。
【００４６】
方法のステップ２１４に戻ってこれを参照すると、１つまたは２つ以上の欠陥が検出された場合、欠陥の正確な存在場所（ｘ、ｙ、ｚ座標）を検査コントローラ１７０および／または記憶装置１３２に保存する（ステップ２２０）。幾つかの実施形態では、この方法は、欠陥の存在を確認するための再検査ステップ（ステップ２２２）を含むのが良い。例えば、同一の検査ツール１１２をもう一度用いて材料の層全体をスキャンし、それにより欠陥が確かに保存された存在場所に存在しているかどうかを確認しまたは先に検出されなかった他の欠陥が存在しているかどうかを判定するのが良い。この変形例としてまたは追加例として、再検査は、検査ツール１１２を別の異なる検査ツール１１６に切り換えて（すなわち、検査ツール１１６を作業位置に配置して）、欠陥があるかどうかについてスキャンするステップを含むのが良い。なんらかの新たな欠陥が再スキャニング中に発見された場合、これらの存在場所を検査コントローラ１７０および／または記憶装置１３２に保存する。この方法は、検査ツール１１２または１１６をカッタ１１４に切り換えてカッタを欠陥の保存存在場所に基づいて直近に付加された材料の層に対して位置決めするステップ（ステップ２２４）、欠陥のある材料の層の少なくとも一部分を除去するステップ（ステップ２２６）、カッタ１１４を堆積／付加／溶接ツール１０８に切り換えてこの層の除去部分を修繕しまたは充填するステップ（ステップ２２８）、および再充填ステップが完了した後に材料の層を再スキャンして欠陥が存在しないことを確認するステップ（ステップ２３０）で続く。幾つかの実施形態では、ステップ２２４〜２２８は、各欠陥が検出された後に実施されるのが良い（ステップ２１４）。他の実施形態では、ステップ２２４〜２２６は、材料の層をその全体についてスキャンして考えられる全ての欠陥が見つかった後に実施されるのが良い。したがって、カッタは、各保存された存在場所に位置決めされ、そして層の一部分を連続して除去する。しかる後、ステップ２２８を実施してその結果、除去された層の部分の全ては、連続して再充填されまたは層全体が除去されている場合には置換層が堆積され、付加され、または溶接されるようにする。さらに別の実施形態では、ステップ２２４〜２２８を欠陥の各存在場所について連続して実施する。かくして、層の一部分を１つの保存された存在場所のところで除去して置換するプロセスは、次の保存された存在場所に進む前に終了する。
【００４７】
層除去および置換プロセスを完了し、再スキャニングステップ（ステップ２３０）により欠陥が存在していないことが判明した後、この方法は、造形プロセスが完了したかどうかを判定するステップ２４０に続く。この方法の幾つかの実施形態では、欠陥がステップ２１４で検出されなかった場合、再スキャニングステップを造形プロセスが完了したかどうかの判定（ステップ２４０）に先立って実施するのが良い。かかる再スキャニングステップは、ステップ２２２と同様であり、かかる再スキャニングステップは、材料の層の中に欠陥が存在していないことを確かめる手段としての役目を果たすことになる。
【００４８】
図５は、ＡＭ検査システムの例示の実施形態を示しており、この場合、検査ツール１１２は、渦電流プローブである。段階ａでは、選択された周波数でコイルを通って流れる交流電流がコイル周りに磁界コイルを発生させる。しかる後、段階ｂでコイルを導電性材料（例えば、部品１０２の材料の層）に近づけて配置すると、渦電流が材料中に誘導される。図５の段階ｃで示されているように、導電性材料中の流れが渦電流の循環を妨げた場合、プローブとの磁気結合が変化し、コイルインピーダンスの変化を測定することによって欠陥信号を読み取ることができる。
【００４９】
上記の詳細な説明から理解されるべきこととして、上述の目的が首尾良く達成されている。さらに、本発明の現時点において好ましい実施形態を図示されるとともに説明したが、理解されるべきこととして、本発明は、これらには限定されず、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の形態で具体化できるとともに実施することができる。すなわち、本発明を特定の実施形態の観点で上述したが、これら実施形態は、開示した実施形態に限定されないことが理解されるべきである。本発明と関連した当業者には、多くの改造例および他の実施形態が明らかであり、これら改造例および他の実施形態は、本開示内容と特許請求の範囲に記載された本発明であってこれらに含まれるものである。本明細書における開示および添付の図面の記載を参照する当業者によって理解されるように、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載およびこれらの法上の均等範囲の適正な解釈および構成によって定められるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１００  実時間インサイチューシステム
１０２  部品
１０６  自動交換式ツールホルダ
１０８〜１１８  ツール
１１０  ツール配置機構体
１２２  造形テーブルまたはツール
１２４，１２６，１２９  アダプタ
１２８  軌道
１３０  造形プログラム
１３２  記憶装置
１３４  ＣＮＣコントローラ
１７０  検査コントローラ
１７２  検査プログラム
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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