(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元加工物（２８）を製造する装置（１０）に使用される照射システム（２０）を制御する方法であって、
前記照射システム（２０）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射される原材料粉末の層を受けるように適合されたキャリア（１５）の表面に、第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）並びに該第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の間に配置された重複領域（１９）を定義する工程と、
前記照射システム（２０）の第１の照射ユニット（２２ａ）を、前記第１の照射領域（１８ａ）と前記重複領域（１９）が前記第１の照射ユニット（２２ａ）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、前記第１の照射領域（１８ａ）と前記重複領域（１９）に割り当てる工程と、
前記照射システム（２０）の第２の照射ユニット（２２ｂ）を、前記第２の照射領域（１８ｂ）と前記重複領域（１９）が前記第２の照射ユニット（２２ｂ）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、前記第２の照射領域（１８ｂ）と前記重複領域（１９）に割り当てる工程と
を有し、
前記第１の照射領域（１８ａ）、前記第２の照射領域（１８ｂ）及び前記重複領域（１９）の少なくとも１つが、製造される前記三次元加工物（２８）の各層（３０、３２）に対して、製造される前記三次元加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）、前記第２の照射領域（１８ｂ）及び前記重複領域（１９）の面積カバー度に依存して定義され、
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度と異なる場合、前記重複領域（１９）の大きさが増加され、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置が、前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の一方の方向へ変えられ、
前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の面積カバー度の不均衡が少なくとも部分的に補正されるように、前記重複領域（１９）の大きさが増加され、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置が、前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の一方の方向へ変えられる制御を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度より大きい場合、前記重複領域（１９）と前記第１の照射領域（１８ａ）の間の境界（３６）を前記第１の照射領域（１８ａ）の方向に移動させることによって、前記重複領域（１９）の大きさが増加され、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置が、前記第１の照射領域（１８ａ）の方向へ変えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度より小さい場合、前記重複領域（１９）と前記第２の照射領域（１８ｂ）の間の境界（３８）を前記第２の照射領域（１８ｂ）の方向に移動させることによって、前記重複領域（１９）の大きさが増加され、及び／又は、前記重複領域（１９）の位置が、前記第２の照射領域（１８ｂ）の方向へ変えられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
三次元加工物を製造する装置（１０）に使用される照射システム（２０）を制御するデバイス（２６）であって、
前記照射システム（２０）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射される原材料粉末の層を受けるように適合されたキャリア（１５）の表面に、第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）並びに該第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の間に配置された重複領域（１９）を定義するように適合された定義ユニット（１６）と、
前記照射システム（２０）の第１の照射ユニット（２２ａ）を、前記第１の照射領域（１８ａ）と前記重複領域（１９）が前記第１の照射ユニット（２２ａ）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、前記第１の照射領域（１８ａ）と前記重複領域（１９）に割り当てるように適合され、前記照射システム（２０）の第２の照射ユニット（２２ｂ）を、前記第２の照射領域（１８ｂ）と前記重複領域（１９）が前記第２の照射ユニット（２２ｂ）によって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、前記第２の照射領域（１８ｂ）と前記重複領域（１９）に割り当てるように適合された割り当てユニット（２３）と
を有し、
前記定義ユニット（１６）が、前記第１の照射領域（１８ａ）、前記第２の照射領域（１８ｂ）及び前記重複領域（１９）の少なくとも１つを、製造される前記三次元加工物（２８）の各層（３０、３２）に対して、製造される前記三次元加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）、前記第２の照射領域（１８ｂ）及び前記重複領域（１９）の面積カバー度に依存して定義するように適合されたものであり、
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度と異なる場合、前記定義ユニット（１６）が、前記重複領域（１９）の大きさを増加させ、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置を、前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の一方の方向へ変えるように適合されたものであり、
前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の面積カバー度の不均衡が少なくとも部分的に補正されるように、前記重複領域（１９）の大きさが増加され、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置が、前記第１の及び第２の照射領域（１８ａ、１８ｂ）の一方の方向へ変えられる制御を行うことを特徴とするデバイス（２６）。
【請求項５】
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度より大きい場合、前記重複領域（１９）と前記第１の照射領域（１８ａ）の間の境界（３６）を前記第１の照射領域（１８ａ）の方向に移動させることによって、前記定義ユニット（１６）が、前記重複領域（１９）の大きさを増加させ、及び／又は、前記重複領域（１９）の形状及び／又は位置を前記第１の照射領域（１８ａ）の方向へ変えるように適合されたものであることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
製造される前記加工物（２８）の層（３０、３２）による前記第１の照射領域（１８ａ）の面積カバー度が製造される前記加工物（２８）の前記層（３０、３２）による前記第２の照射領域（１８ｂ）の面積カバー度より小さい場合、前記重複領域（１９）と前記第２の照射領域（１８ｂ）の間の境界（３８）を前記第２の照射領域（１８ｂ）の方向に移動させることによって、前記定義ユニット（１６）が、前記重複領域（１９）の大きさを増加させ、及び／又は、前記重複領域（１９）の位置を前記第２の照射領域（１８ｂ）の方向へ変えるように適合されたものであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載された、照射システム（２０）を制御するデバイス（２６）を備える三次元加工物を製造する装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原材料粉末の層を電磁波放射又は粒子線で照射することによって三次元加工物を製造する装置に使用される照射システムを制御する方法及びデバイスに関する。さらに、本発明は三次元加工物を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末層融解は、粉末の、特に、金属、及び／又は、セラミックの原材料を複雑な形状の三次元加工物に加工することができる累積的な積層プロセスである。このために、原材料粉末の層がキャリア上に塗布され、製造される加工物の所望の幾何学的形状に依存して、位置選択的な方法でレーザー放射を受ける。粉末層の中に浸透したレーザー放射は、原材料粉末粒子を加熱し、その結果として、原材料粉末粒子の融解又は焼結を引き起こす。さらに、加工物が所望の形状と大きさになるまで、原材料粉末の層が、既にレーザー処理を受けた、キャリア上の層に連続的に塗布される。選択的なレーザー溶融又はレーザー焼結は、ＣＡＤデータに基づいて、特に、試作品、工具、交換部品、又は、例えば歯科用若しくは整形外科用の人工器官のような医療人工器官の製造のために使用されうる。
【０００３】
特許文献１（ＥＰ  ２  ７８６  ８５８  Ａ１）に記載されているように、原材料粉末の層を電磁波放射又は粒子線で選択的に照射することによって三次元加工物を製造する装置に使用される照射システムの作動が、照射システムによって放射された放射ビームが放射パターンに従って原材料粉末層の上方に導かれるように、制御ユニットによって制御されうる。典型的には、放射パターンは、その放射パターンの少なくとも一区分において、相互に実質的に平行に延在する複数のスキャンベクトルを含んでいる。さらに、放射パターンは、複数の区分を含んでよく、各区分において、スキャンベクトルは相互に実質的に平行に延在してよく、しかしながら、放射パターンの隣接する区分におけるスキャンベクトルに対して傾斜していてよい。放射パターンの区分は、チェス盤パターン、複数の実質的に平行な縞を有するストライプパターン、又は、任意形状の区分を有するパターンを定義してもよい。
【０００４】
さらに、特許文献１（ＥＰ  ２  ７８６  ８５８  Ａ１）で議論されているように、大きな三次元加工物を製造するために、原材料粉末が複数の照射ユニットを備える照射システムによって電磁波放射又は粒子線で照射されてよく、ここで、各照射ユニットは、照射される原材料粉末が塗布されたキャリアの表面に定義された照射領域に関係づけられてよい。照射ユニットに関係づけられた照射領域上に塗布された原材料粉末が位置選択的な方法で、かつ、該照射ユニットに関係づけられていない他の照射領域の照射とは独立して照射されるように、照射システムの各照射ユニットが制御される。それにより、キャリア上に定義された各照射領域は所望の照射パターンを用いて個別的かつ独立して照射されてよい。その照射領域に加えて、少なくとも１つの重複領域がキャリアの表面に定義されてよい。重複領域上に塗布された原材料粉末は、照射システムの少なくとも２つの照射ユニットによって電磁波照射又は粒子線で選択的に照射されることができる。
【０００５】
特許文献２（ＥＰ  ２  ８７５  ８９７  Ａ１）には、三次元加工物を製造する装置に使用され、かつ、複数の照射ユニットを備える照射システムを制御する方法及びデバイスが開示されており、その中で、各照射ユニットは照射領域並びに隣接する照射領域の間に配置された重複領域に割り当てられており、照射領域と重複領域が原材料粉末の層を受けるように適合されたキャリアの表面に定義されている。もし、照射システムの照射ユニットによって放射された放射ビームがキャリア上に受けられた原材料粉末の層の上方に導かれる際に従う放射パターンの区分及び／又は製造される三次元加工物の輪郭がキャリアの表面に定義された第１の及び第２の照射領域内に延在することが決定されたならば、放射パターンの該区分及び／又は該輪郭が、第１の及び第２の照射領域の間に配置された重複領域内に位置する照射パターンの区分及び／又は輪郭の分割領域内で、第１の部分と第２の部分に分割される。放射パターンの該区分の、及び／又は、該輪郭の第１の領域が、第１の照射ユニットに割り当てられ、放射パターンの該区分の、及び／又は、該輪郭の第２の領域が、第２の照射ユニットに割り当てられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ  ２  ７８６  ８５８  Ａ１
【特許文献２】ＥＰ  ２  ８７５  ８９７  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、原材料粉末の層を電磁波放射又は粒子線で照射することによって三次元加工物を製造する装置に使用され、かつ、複数の照射ユニットを有する照射システムを、三次元加工物を高効率で製造することができるように制御可能な方法及びデバイスを提供することを目的とする。さらに、本発明は、この種の照射システムを制御するデバイスを備えた、三次元加工物を製造する装置を提供することを目的とする。
【０００８】
この目的は、請求項１に規定された方法、請求項４に規定されたデバイス及び請求項７に規定された装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
三次元加工物を製造する装置に使用される照射システムを制御する方法において、第１の及び第２の照射領域並びに第１の及び第２の照射領域の間に配置された重複領域が原材料粉末の層を受けるように適合されたキャリアの表面に定義される。そのキャリアは三次元加工物を製造する装置のプロセスチャンバー内に配置されてよく、しっかりと固定されたキャリアでよい。しかしながら、好ましくは、加工物が原材料粉末から層状に積み上げられる際、その加工物の製造高さが増すにつれて、キャリアが垂直方向における下方向に移動させられるように、キャリアが垂直方向に変位可能に設計される。プロセスチャンバー内を制御された雰囲気、特に不活性の雰囲気に維持可能とするために、プロセスチャンバーは周囲の雰囲気に対して、すなわち、プロセスチャンバーを取り囲む環境に対して密閉可能とされてよい。キャリア上に受けられる原材料粉末は、好ましくは金属粉末であり、特には金属合金粉末であるが、セラミック粉末又は異なる物質を含有する粉末であってもよい。その粉末はいかなる適切な粒子の大きさ、又は粒子の大きさの分布を有していてもよい。しかしながら、１００μｍ未満の大きさの粒子の粉末を加工処理することが好ましい。
【００１０】
第１の及び第２の照射領域は、キャリアの表面に相互に隣接して配置されてよい。重複領域は、その重複領域が第１の及び第２の照射領域の両方に部分的に重なるように、第１の及び第２の照射領域の隣り合った領域に定義されてよい。さらに、その重複領域は、キャリアの表面上の重複領域の位置と大きさを決定する、重複領域と第１の照射領域の間の境界、及び、重複領域と第２の照射領域の間の境界を有している。
【００１１】
制御される照射システムは、キャリア上に塗布された原材料粉末を電磁波放射又は粒子線で選択的に照射する機能を有している。特に、キャリア上に塗布された原材料粉末は製造される加工物の所望の幾何学的形状に依存して位置選択的な方法で電磁波放射又は粒子線を受けてよい。その照射システムは好ましくは原材料粉末粒子の位置選択的な溶融を引き起こす放射を、原材料粉末に照射するように適合される。
【００１２】
照射システムを制御する方法において、照射システムの第１の照射ユニットが、第１の照射領域と重複領域が第１の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、第１の照射領域と重複領域に割り当てられる。さらに、照射システムの第２の照射ユニットが、第２の照射領域と重複領域が第２の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、第２の照射領域と重複領域に割り当てられる。その結果として、第１照射領域は第１の照射ユニットで放射された電磁波放射又は粒子線で排他的に照射されてよく、一方、第２照射領域は第２の照射ユニットで放射された電磁波放射又は粒子線で排他的に照射されてよい。それらと比較して、重複領域は両方の照射ユニットによって照射されてよい。例えば、重複領域は両方の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で同時に照射されてもよい。これは重複領域内に延在している放射パターンを区分に分割することによって、及び、それらの区分を照射ユニットの１つによって放射された磁波放射又は粒子線でそれぞれ選択的に照射することによって実現されてよい。しかしながら、好ましくは、重複領域は第１の又は第２の照射ユニットのいずれかによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射される。
【００１３】
キャリアの、すなわち、その上に塗布された原材料粉末の表面に定義された各照射領域は、照射システムの照射ユニットの選択された１つによって、その照射システムの他の照射ユニットとは独立して、電磁波放射又は粒子線で選択的に照射されてよい。それにより、キャリア上に定義された各照射領域は所望の照射パターンを用いて個別的かつ独立して照射されてよい。
【００１４】
照射システムの各々の照射ユニットが放射ビーム源、特にはレーザービーム源を有していてよい。しかしながら、複数の照射ユニットが１つの放射ビーム源に関係づけられてよく、その際に、１つの放射ビーム源によって提供された放射ビームが、例えばビームスプリッター及び／又は反射鏡のような適切な手段によって、その放射ビーム源によって提供された放射ビームを関係づけられた照射ユニットに向けるように、必要に応じて分割及び／又は偏向されることも考えられる。さらに、各照射ユニットは放射源によって放射され、照射ユニットに供給された放射ビームを誘導及び／又は処理する少なくとも一つの光学ユニットを備えていてもよい。光学ユニットは、対物レンズ、特にｆ−θレンズ、及びスキャナ部のような光学要素を有していてよく、スキャナ部は回折光学素子と屈折鏡を有することが好ましい。
【００１５】
照射システムを制御する方法において、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つが、幾何学的形状、すなわち、製造される三次元加工物のキャリアの表面に対する形状と配置に依存して定義される。特に、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つのキャリアの表面に対する大きさ、形状及び位置が、製造される三次元加工物の幾何学的形状に依存して定義されてよい。その結果として、照射システムの照射ユニットのキャリアの表面部分への割り当て及び照射システムの照射ユニットの作動の制御が、製造される三次元加工物の幾何学的形状に依存してもたらされてよい。その結果として、照射システムの照射ユニットの能力利用度が最適化されることができ、それにより、大きな又は特別な形状の三次元加工物の製造時間の大幅な削減が可能になる。従って、その照射システムを制御する方法により、三次元加工物を比較的短時間のうちに、適当なコストで、ゆえに高効率で、累積的な積層造形法で積み上げることが可能になる。
【００１６】
上述したように、累積的な積層プロセスで、三次元加工物は個々の層を磁波放射又は粒子線で続けて照射することによってキャリアの表面に層ごとに積み上げられる。典型的には、それぞれの層の上に堆積された個々の層のキャリア表面に対する形状、大きさ及び位置は、製造される加工物の最終的な幾何学的形状に依存して、キャリアの表面に対して垂直方向に変化する。従って、照射システムを制御する方法の好ましい実施態様において、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つが、製造される三次元加工物の各層に対して、製造される三次元加工物の層の幾何学的形状に依存して定義される。これにより、照射システムの照射ユニットの作動を制御すること、すなわち、照射システムの照射ユニットを製造される加工物の個々の層の幾何学的形状に依存してキャリアの表面部分に割り当てることができる。
【００１７】
第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つが、製造される三次元加工物の各層に対して、製造される三次元加工物の層による第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の面積カバー度に依存して定義されてよい。この文脈における「面積カバー度」という表現は、三次元加工物の層によって「カバー」される、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の部分それぞれと、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の総面積それぞれとの間の比率を指している。このように、照射システムを制御する方法において、第１のステップにおいて、製造される三次元加工物の層による第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の面積カバー度が決定されてよい。その後、第２のステップにおいて、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つ、すなわち、例えば、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つのキャリアの表面に対する大きさ、形状及び位置が、製造される三次元加工物の各層に対して照射システムの照射ユニットの能力利用を最適化するように、前述した面積カバー度に依存して定義されてよい。
【００１８】
上述したように、重複領域は照射システムの両方の照射ユニットによって電磁波放射又は粒子線で照射されてよい。従って、多くの作動状況において、重複領域の、キャリアの表面に対する位置、形状及び大きさの少なくとも１つを変化させることによって、照射システムの追加的な照射ユニットが、これまでは１つのみの照射ユニットで実行されていた照射プロセスに関わることができる。このようにして、照射システムの照射ユニットの能力利用度を最適化するために用いられる制御方策を複雑でなくすることができる。
【００１９】
例えば、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度と異なる場合、重複領域の大きさが増加され、及び／又は、重複領域の形状及び／又は位置が、第１の及び第２の照射領域の一方の方向へ変えられてよい。それにより、製造される加工物の層による第１の及び第２の照射領域の面積カバー度に対し重複領域のキャリアの表面に対する大きさ、形状及び／又は位置を調整することによって、製造される加工物の層による第１の及び第２の照射領域の面積カバー度の不均衡が少なくとも部分的に補正されることができる。
【００２０】
特に、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度より大きい場合、重複領域と第１の照射領域の間の境界を第１の照射領域の方向に移動させることによって、重複領域の大きさが増加され、及び／又は、重複領域のキャリアの表面に対する形状及び／又は位置が、第１の照射領域の方向へ変えられてよい。その結果として、主に第１の照射領域内に配置された加工物の層について、重複領域のキャリアの表面に対する大きさ、形状及び位置の少なくとも１つを調整すること無く実現できるのより、より大きな範囲まで、第２の照射ユニットが照射プロセスに関わることができる。
【００２１】
同様に、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度より小さい場合、重複領域と第２の照射領域の間の境界を第２の照射領域の方向に移動させることによって、重複領域の大きさが増加され、及び／又は、重複領域のキャリアの表面に対する形状及び／又は位置が、第２の照射領域の方向へ変えられてよい。その結果として、主に第２の照射領域内に配置された加工物の層について、重複領域のキャリアの表面に対する大きさ、形状及び位置の少なくとも１つを調整すること無く実現できるのより、より大きな範囲まで、第１の照射ユニットが照射プロセスに関わることができる。
【００２２】
最後に、製造される三次元加工物の層による重複領域の面積カバー度も、第１の及び第２の照射領域を制御する際に考慮されてよい。例えば、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が、製造される加工物の層による、結合して一体とされた第２の照射領域と重複領域の面積カバー度と実質的に等しいか又はより大きい場合、第１の照射ユニットが排他的に第１の照射領域に割り当てられ、一方、重複領域と第２の照射領域が第２の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されるように、第１の及び第２の照射ユニットが制御されてよい。それとは反対に、製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度が、製造される加工物の層による、結合して一体とされた第１の照射領域と重複領域の面積カバー度と実質的に等しいか又はより大きい場合、第２の照射ユニットが排他的に第２の照射領域に割り当てられ、一方、重複領域と第１の照射領域が第１の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されるように、第１の及び第２の照射ユニットが制御されてよい。
【００２３】
三次元加工物を製造する装置に使用される照射システムを制御するデバイスが、照射システムによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射される原材料粉末の層を受けるように適合されたキャリアの表面に、第１の及び第２の照射領域並びに第１の及び第２の照射領域の間に配置された重複領域を定義するように適合された定義ユニットを有している。そのデバイスはさらに、照射システムの第１の照射ユニットを、第１の照射領域と重複領域が第１の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、第１の照射領域と重複領域に割り当てるように適合され、照射システムの第２の照射ユニットを、第２の照射領域と重複領域が第２の照射ユニットによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されることができるように、第２の照射領域と重複領域に割り当てるように適合された割り当てユニットを有している。その定義ユニットが、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つを、製造される三次元加工物の幾何学的形状に依存して定義するように適合されている。
【００２４】
そのデバイスの好ましい実施態様において、その定義ユニットが、製造される三次元加工物の各層に対して、製造される三次元加工物の層の幾何学的形状に依存して、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つを定義するように適合されている。
【００２５】
その定義ユニットはさらに、製造される三次元加工物の各層に対して、製造される三次元加工物の層の第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の面積カバー度に依存して、第１の照射領域、第２の照射領域及び重複領域の少なくとも１つを定義するように適合されている。
【００２７】
特に、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度と異なる場合、定義ユニットが、重複領域の大きさを増加させ、及び／又は、キャリアの表面に対する重複領域の形状及び／又は位置を、第１の及び第２の照射領域の一方の方向へ変えるように適合されてもよい。
【００２８】
特に、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度より大きい場合、重複領域と第１の照射領域の間の境界を第１の照射領域の方向に移動させることによって、定義ユニットが、重複領域の大きさを増加させ、及び／又は、キャリアの表面に対する重複領域の形状及び／又は位置を第１の照射領域の方向へ変えるように適合されてよい。
【００２９】
同様に、製造される加工物の層による第１の照射領域の面積カバー度が製造される加工物の層による第２の照射領域の面積カバー度より小さい場合、重複領域と第２の照射領域の間の境界を第２の照射領域の方向に移動させることによって、定義ユニットが、重複領域の大きさを増加させ、及び／又は、キャリアの表面に対する重複領域の形状及び／又は位置を第２の照射領域の方向へ変えるように適合されてよい。
【００３０】
三次元加工物を製造する装置が、上述した照射システムを制御するデバイスを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のさらなる特徴、利点、及び技術的な効果が添付の概略的な図面を参照して以下の典型的な実施態様の記載から明らかになる。
【００３２】
【図１】三次元加工物を製造する装置の概略図である。
【図２】図１に示した装置のキャリアの上面図である。
【図３】製造される三次元加工物を収容する、図１に示した装置のキャリアの透視図である。
【図４】三次元加工物の第１の層を作製するために、図２に示したキャリアの表面に、第１の及び第２の照射領域並びに重複領域を定義するステップを示す図である。
【図５】三次元加工物の第２の層を作製するために、図２に示したキャリアの表面に、第１の及び第２の照射領域並びに重複領域を定義するステップを示す図である。
【図６】三次元加工物の第１の層を作製するために、図２に示したキャリアの表面に、第１の及び第２の照射領域並びに重複領域を定義するステップを示す図である。
【図７】三次元加工物の第２の層を作製するために、図２に示したキャリアの表面に、第１の及び第２の照射領域並びに重複領域を定義するステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、粉末層融解により三次元加工物を製造する装置１０を示している。その装置１０は、プロセスチャンバー１２を有している。プロセスチャンバー１２は、周囲の雰囲気に対して、すなわち、プロセスチャンバー１２を取り囲む環境に対して密閉可能である。プロセスチャンバー１２内に配置された粉末塗布デバイス１４は、キャリア１５上に原材料粉末を塗布する機能を有している。図１の矢印Ａで示されるように、キャリア１５は、加工物がキャリア１５上の原材料粉末から層状に積み上げられる際、その加工物の製造高さが増すにつれて、キャリア１５が垂直方向における下方向に移動させられることができるように、垂直方向に変位可能に設計される。
【００３４】
装置１０はさらに、定義ユニット１６を有している。定義ユニット１６によって、第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂがキャリア１５の表面に定義される。加えて、定義ユニット１６はキャリア１５の表面に重複領域１９を定義する（図１及び図２参照）。重複領域１９は、第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂの間に配置される。
【００３５】
装置１０はさらに、キャリア１５上に塗布された原材料粉末にレーザー放射を選択的に照射する照射システム２０を有している。照射システム２０によって、キャリア１５上に塗布された原材料粉末は位置選択的な方法でレーザー放射を受けてよい。照射システム２０は第１の及び第２の照射ユニット２２ａ、２２ｂを有している。割り当てユニット２３が、照射システム２０の第１の照射ユニット２２ａを、定義ユニット１６によってキャリア１５の表面に定義された第１の照射領域１８ａと重複領域１９に割り当てるために作動する。これにより、第１の照射ユニット２２ａが、第１の照射領域１８ａと重複領域１９上に塗布された原材料粉末上に電磁波放射又は粒子線ビーム２４ａを選択的に照射してよい。さらに、割り当てユニット２３が、第２の照射ユニット２２ｂを、定義ユニット１６によってキャリア１５の表面に定義された第２の照射領域１８ｂと重複領域１９に割り当てるために作動する。これにより、第２の照射ユニット２２ｂが、第２の照射領域１８ｂと重複領域１９上に塗布された原材料粉末上に電磁波放射又は粒子線ビーム２４ｂを選択的に照射してよい。好ましくは、第１の及び第２の照射ユニット２２ａ、２２ｂはレーザービームを放射する。
【００３６】
各々の照射ユニット２２ａ、２２ｂが、関係づけられたレーザービーム源を有していてよい。しかしながら、両方の照射ユニット２２ａ、２２ｂが１つのレーザービーム源に関係づけられ、その際に、その１つのレーザービーム源によって提供された放射ビームが、例えばビームスプリッター及び／又は反射鏡のような適切な手段によって、必要に応じて、その放射ビーム源によって提供された放射ビームを照射ユニット２２ａ、２２ｂに向けるように分割及び／又は偏向されうることも考えられる。１つだけの照射ユニット２２ａ、２２ｂ又は両方の照射ユニット２２ａ、２２ｂに関係づけられたレーザービーム源が、例えば、約１０７０から１０８０ｎｍの波長のレーザー光を放出するダイオード励起イッテルビウムファイバーレーザーを備えてよい。
【００３７】
さらに、各照射ユニット２２ａ、２２ｂが、放射ビーム源によって放射され、かつ、照射ユニット２２ａ、２２ｂへ供給される放射ビームを誘導及び／又は処理する光学ユニットを有していてもよい。その光学ユニットは放射ビームを広げるビームエキスパンダー、スキャナ、及び対物レンズを備えていてよい。その代わりに、その光学ユニットは集束光学部品とスキャナ部を含むビームエキスパンダーを有していてもよい。スキャナユニットにより、ビーム路の方向とビーム路に垂直な面内の両方の放射ビームの焦点の位置は、変化され、調整されることができる。スキャナ部は、ガルバノメータースキャナの形式で設計されてよく、対物レンズはｆ−θ対物レンズでもよい。
【００３８】
照射ユニット２２ａ、２２ｂによって放射された放射ビーム２４ａ、２４ｂがその照射ユニット２２ａ、２２ｂに関係づけられた照射領域１８ａ、１８ｂ上に塗布された原材料粉末に、位置選択的な方法で、かつ、該照射ユニット２２ａ、２２ｂに関係づけられていない他の照射領域１８ａ、１８ｂの照射とは独立して照射されるように、照射システム２０の作動が制御デバイス２６によって制御される。換言すると、キャリア１５上に定義された各照射領域１８ａ、１８ｂは個別的かつ独立して照射される。その結果として、三次元加工物が、キャリア１５上に定義された第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂを、照射ユニット２２ａ、２２ｂによって放射された電磁波放射又は粒子線で同時に照射することによって、累積的な積層造形法でキャリア１５上に積み上げられてよい。
【００３９】
既に上述したように、キャリア１５の表面に定義された重複領域１９上に塗布された原材料粉末は基本的に照射システム２０の両方の照射ユニット２２ａ、２２ｂによって放射される電磁波放射又は粒子線で選択的に照射されてよい。従って、割り当てユニット２３が第１の照射ユニット２２ａを第１の照射領域１８ａのみならず、重複領域１９へも割り当てた場合、重複領域１９が第１の照射ユニット２２ａによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されるように、制御デバイス２６が照射システム２０の照射ユニット２２ａ、２２ｂを制御する。それとは反対に、割り当てユニット２３が第２の照射ユニット２２ｂを第２の照射領域１８ｂのみならず、重複領域１９へも割り当てる場合、重複領域１９が第２の照射ユニット２２ｂによって放射された電磁波放射又は粒子線で照射されるように、制御デバイス２６が照射システム２０の照射ユニット２２ａ、２２ｂを制御する。最後に、しかしながら、ある作動状況において、重複領域１９が制御デバイス２６の制御の下で、第１の照射ユニット２２ａと第２の照射ユニット２２ｂの両方によって放射された電磁波放射又は粒子線で同時に照射されることも考えられる。
【００４０】
装置１０の定義ユニット１６が、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の少なくとも１つを幾何学的形状、すなわち、製造される三次元加工物のキャリア１５の表面に対するプロセスチャンバー１２内の形状と配置に依存して定義する。特に、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の少なくとも１つのキャリア１５の表面に対する大きさ、形状及び位置が、製造される三次元加工物の幾何学的形状に依存して定義されてよい。その結果として、照射システム２０の照射ユニット２２ａ、２２ｂのキャリア１５の表面に定義された第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９への割り当て並びに照射ユニット２２ａ、２２ｂの作動の制御が、製造される三次元加工物の幾何学的形状に依存してもたらされてよい。
【００４１】
特に、定義ユニット１６が、製造される加工物の各層に対して、製造される三次元加工物の層の幾何学的形状に依存して、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の少なくとも１つを定義する。図３に示した三次元加工物２８の典型的な実施態様を参照して、以下でさらに詳細にこのことを説明する。
【００４２】
加工物２８はプロセスチャンバー１２の中を通ってキャリア１５の表面から傾斜した様式で延在する、斜めの円柱の形状を有している。図３の加工物２８の第１の層は参照符号３０で示されており、一方、図３の加工物２８の第２の層は参照符号３２で示されている。その第１の層３０は加工物２８の下層を形成し、一方、第２の層３２は加工物２８の上層を定義する。加工物２８が累積的な積層プロセスにより層状に積み上げられる際に、第１の、下層はキャリア１５の表面に生成される。その後、キャリア１５が垂直の方向Ａに下げられ、最終的に第２の、上層３２が作製されるまで、さらなる層が生成される。
【００４３】
加工物２８の幾何学的形状により、すなわち、プロセスチャンバー１２内における加工物２８の形状と配置により、キャリア１５の表面に対する加工物２８の個々の層の配置とそれによりキャリア１５の表面に定義された照射領域１８ａ、１８ｂ及び重複領域１９が層ごとに変化する。特に、加工物２８の個々の層による第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の面積カバー度、すなわち、三次元加工物２８の層によって「カバー」される、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の部分それぞれと、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の総面積それぞれとの間の比率が層ごとに変化する。
【００４４】
図４から明らかになるように、第２の照射領域１８ｂの一部と重複領域１９の一部が含まれ（カバーされ）、しかし、第１の照射領域１８ａの中に延在しないように、加工物２８の第１の層３０がキャリア１５の表面に対して配置される。これにより、第１の層３０について、第１の層３０による第２の照射領域１８ｂの面積カバー度が第１の層３０による第１の照射領域１８ａの面積カバー度より大きくなる（後者は実際ゼロである）。それとは反対に、図５に示すように、第１の照射領域１８ａの一部と重複領域１９の一部が含まれ、しかし、第２の照射領域１８ｂの中に延在しないように、加工物２８の第２の層３２がキャリア１５の表面に対して配置される。これにより、第２の層３２について、第２の層３２による第１の照射領域１８ａの面積カバー度が第２の層３２による第２の照射領域１８ｂの面積カバー度より大きくなる（後者は実際ゼロである）。
【００４５】
第１の層３０と第２の層３２を作製する際に、キャリア１５の表面の第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の配置が一定に維持されることを仮定すると、第２の照射ユニット２２ｂによって第１の層３０を第２の照射領域１８ｂ内に生成するために原材料粉末を照射することによって第１の層３０が主に生成され、一方、第１の層３０の小さい部分だけ、すなわち、重複領域１９の中に延在している部分だけが第１の照射ユニット２２ａを用いて作製されることができるであろう。同様に、第１の照射ユニット２２ａによって第２の層３２を第１の照射領域１８ａ内に生成するために原材料粉末を照射することによって第２の層３２が主に生成され、一方、第２の層３２の小さい部分だけ、すなわち、重複領域１９の中に延在している部分だけが第２の照射ユニット２２ｂを用いて作製されることができるであろう。
【００４６】
照射ユニット２２ａ、２２ｂの能力利用の不均衡を補正するために、定義ユニット１６が、製造される三次元加工物２８の各層に対して、製造される三次元加工物の層による第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の面積カバー度に依存して、第１の照射領域１８ａ、第２の照射領域１８ｂ及び重複領域１９の少なくとも１つを定義する。具体的には、製造される加工物２８の層３０、３２による第１の照射領域１８ａの面積カバー度が製造される加工物２８の層３０、３２による第２の照射領域１８ｂの面積カバー度と異なる場合、定義ユニット１６が、重複領域１９の大きさを増加させ、及び／又は、重複領域１９の形状及び／又は位置を、第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂの一方の方向へ変える。
【００４７】
典型的な加工物２８の場合には、重複領域１９と第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂの間の境界３６、３８を、第１の及び第２の照射領域１８ａ、１８ｂの方向への重複領域１９の最大拡張域をそれぞれ定義する外側限界線４０、４２の方向に各照射領域１８ａ、１８ｂに向けてそれぞれ移動させることによって、定義ユニット１６が重複領域１９の大きさの増加をもたらす。
【００４８】
特に、第１の層３０について、重複領域１９と第２の照射領域１８ｂの間の境界３８が、重複領域１９を増加させるために、第２の照射領域１８ｂ及び外側限界線４２の方向へ移動させられる（図６参照）。重複領域１９をカバーする第１の層３０の一部が第１の照射ユニット２２ａによって作製されることができるので、第１の照射ユニット２２ａは図４による重複領域１９の元の配置で可能とされるのより、ずっと大きな範囲まで、第１の層３０の作製に関わることができる。同様に、第２の層３２について、重複領域１９と第１の照射領域１８ａの間の境界３６が、重複領域１９を増加させるために、第１の照射領域１８ａ及び外側限界線４０の方向へ移動させられる（図７参照）。重複領域１９をカバーする第２の層３２の一部が第２の照射ユニット２２ｂによって作製されることができるので、第２の照射ユニット２２ｂは図５による重複領域１９の元の配置で可能とされるのより、ずっと大きな範囲まで、第２の層３２の作製に関わることができる。この手順が加工物２８の各層に対して繰り返される。その結果として、照射ユニット２２ａ、２２ｂの能力利用を最適化することができ、加工物２８の製造のための製造プロセスの効率を大きく向上させることができる。
【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７】
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