(57)【要約】  部品（１１）を造形するための加工機（１０）は、支持面（２６Ｂ）を含む支持装置（２６）、支持面（２６Ｂ）上の特定位置が移動方向（２５）に沿って移動されるように支持装置（２６）を移動させる駆動装置（２８）、粉体層（１３）を形成するために移動中の支持装置（２６）に粉体（１２）を供給する粉体供給装置（１８）、第１期間中に粉体層（１３）から部品（１１）の少なくとも一部を形成するために、粉体層（１３）の少なくとも一部をエネルギービーム（２２Ｄ）で照射する照射装置（２２）、および、第２期間中に部品（１１）の少なくとも一部を測定する測定装置（２０）を含む。照射装置（２２）が粉体層（１３）にエネルギービーム（２２Ｄ）を照射する第１期間と、測定装置（２２）が測定する第２期間とが重複している。
2021508615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を造形するための加工機であって、
支持面を含む支持装置と、
前記支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように前記支持装置を移動させる駆動装置と、
粉体層を形成するために前記移動中の支持装置に粉体を供給する粉体供給装置と、
第１期間中に前記粉体層から前記部品の少なくとも一部を形成するために、前記粉体層の少なくとも一部にエネルギービームを照射する照射装置と、
第２期間中に前記部品の少なくとも一部を測定する測定装置と、
を備え、
前記照射装置が前記粉体層に前記エネルギービームを照射する前記第１期間の少なくとも一部と、前記測定装置が測定する第２期間の少なくとも一部とが重複している、
加工機。
【請求項２】
前記測定装置は、前記第２期間中に前記粉体層の少なくとも一部を測定する請求項１に記載の加工機。
【請求項３】
前記照射装置は、前記支持面の移動方向と交差する掃引方向に沿って前記エネルギービームを掃引する請求項１または２に記載の加工機。
【請求項４】
前記支持装置の移動方向は、回転軸周りの回転方向を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項５】
前記回転軸は、前記支持面を通過する請求項４に記載の加工機。
【請求項６】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する方向に沿って前記エネルギービームを掃引する請求項４または５に記載の加工機。
【請求項７】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する照射装置方向に沿って前記回転軸から離れた位置に配置される請求項４〜６のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項８】
前記測定装置は、前記回転方向と交差する測定装置方向に沿って前記回転軸から離れた位置に配置される請求項４〜６のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項９】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する照射装置方向に沿って前記回転軸から離れ、かつ前記回転方向に沿って前記測定装置から離間した位置に配置される請求項８に記載の加工機。
【請求項１０】
前記照射装置による前記エネルギービームが前記粉体に向けられる照射ゾーンから前記移動方向に沿って離れて位置した予熱ゾーンで粉体を予熱する予熱装置をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項１１】
前記予熱装置は、前記移動方向に沿って前記粉体供給装置と前記照射装置との間に配置される請求項１０に記載の加工機。
【請求項１２】
前記第１期間の少なくとも一部と、前記予熱装置が前記粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している請求項１０または１１に記載の加工機。
【請求項１３】
前記第２期間の少なくとも一部と、前記予熱装置が前記粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項１４】
前記照射装置は、前記粉体層に前記エネルギービームを照射する複数の照射系を含む請求項１〜１３のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項１５】
前記複数の照射系は、前記移動方向と交差する方向に沿って配置される請求項１４に記載の加工機。
【請求項１６】
前記照射装置により前記エネルギービームが照射された照射ゾーンから前記移動方向に沿って離れた冷却ゾーンで粉体を冷却する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項１７】
前記粉体が冷却される前記冷却ゾーンは、前記照射装置と前記粉体供給装置との間に前記移動方向に沿って配置される請求項１６に記載の加工機。
【請求項１８】
前記支持面は、複数の支持領域を含む請求項１〜１７のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項１９】
前記複数の支持領域は、移動方向に沿って配置される請求項１８に記載の加工機。
【請求項２０】
前記支持面は、第１方向に向かっており、
前記駆動装置は、少なくとも第１方向と交差する第２方向に沿って前記支持面上の前記特定位置を移動させるように前記支持装置を駆動する
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項２１】
前記粉体供給装置は、前記第１方向と交差する面に沿って粉体の層を形成する請求項２０に記載の加工機。
【請求項２２】
第１期間の少なくとも一部と、前記粉体供給装置が前記粉体層を形成する第４期間の少なくとも一部とが重複している請求項１〜２１のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項２３】
第４期間の少なくとも一部と、前記予熱装置が粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している請求項２２に記載の加工機。
【請求項２４】
前記第２期間の少なくとも一部と、前記粉体供給装置が前記粉体層を形成する第４期間の少なくとも一部とが重複している請求項２２または２３に記載の加工機。
【請求項２５】
前記照射装置は、前記層に荷電粒子ビームを照射する請求項１〜２４のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項２６】
前記照射装置は、前記層にレーザービームを照射する請求項１〜２５のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項２７】
支持面を含む支持装置と、
前記支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように前記支持装置を駆動する駆動装置と、
移動する前記支持装置に粉体を供給し、粉体層を形成する粉体供給装置と、
前記粉体層から造形部品を形成するために前記層にエネルギービームを照射する照射装置と、
を備え、
前記照射装置は、前記移動方向と交差する方向に沿って、前記エネルギービームが前記粉体層に照射される照射位置を変更する、
加工機。
【請求項２８】
前記駆動装置は、回転軸周りに回転するように前記支持装置を駆動し、
前記照射装置は、前記回転軸と交差する方向に沿って前記照射位置を変更する、
請求項２７に記載の加工機。
【請求項２９】
粉体が供給される時間の少なくとも一部と、前記照射ビームが照射される時間の少なくとも一部とが重複している請求項２７または２８に記載の加工機。
【請求項３０】
前記エネルギービームが前記粉体層を照射している第１期間の少なくとも一部と、前記粉体供給装置が粉体を供給している第２期間の少なくとも一部とが重複している請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３１】
前記照射装置による前記エネルギービームが前記粉体に向けられる照射ゾーンから前記移動方向に沿って離れて位置した予熱ゾーンで粉体を予熱する予熱装置をさらに備える請求項２７〜３０のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３２】
前記予熱装置は、前記粉体供給装置と前記照射装置との間に前記移動方向に沿って配置される請求項３１に記載の加工機。
【請求項３３】
前記エネルギービームが前記粉体層を照射している第１期間の少なくとも一部と、前記予熱装置が前記粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３４】
前記粉体供給装置が粉体を供給している第２期間の少なくとも一部と、前記予熱装置が前記粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３５】
前記照射装置は、前記粉体層に前記エネルギービームを照射する複数の照射系を含む請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３６】
前記複数の照射系は、前記移動方向と交差する方向に沿って配置される請求項３５に記載の加工機。
【請求項３７】
前記照射装置によりエネルギービームが照射された照射ゾーンから前記移動方向に沿って離れた冷却ゾーンで粉体を冷却する請求項２７〜３６のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項３８】
前記粉体が冷却される冷却ゾーンは、前記照射装置と前記粉体供給装置との間に前記移動方向に沿って配置される請求項３７に記載の加工機。
【請求項３９】
支持面を含む支持装置と、
前記支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように前記支持装置を駆動する駆動装置と、
移動する支持装置に粉体を供給し、粉体層を形成する粉体供給装置と、
前記粉体層から造形部品を形成するために前記層にエネルギービームを照射する複数の照射系を含む照射装置と、
を備え、
前記複数の照射系は、移動方向と交差する方向に沿って配置されている、
加工機。
【請求項４０】
前記駆動装置は、回転軸周りに回転するように前記支持装置を駆動し、
前記照射系は、前記回転軸と交差する方向に沿って配置されている、
請求項３９に記載の加工機。
【請求項４１】
粉体から３次元物体を作成するための積層造形システムであって、
粉体床と、
前記粉体を前記粉体床上に堆積させる粉体堆積器と、
前記粉体堆積器が前記粉体を粉体床上に堆積させる間、前記粉体床および前記粉体堆積器のうちの少なくとも一方を回転軸の周りに回転させる第１移動器と、
を備える積層造形システム。
【請求項４２】
前記粉体堆積器が前記粉体を前記粉体床上に堆積させる間、前記粉体床および前記堆積器のうちの少なくとも一方を前記回転軸に沿って移動させる第２移動器をさらに備える請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４３】
前記粉体床と前記粉体堆積器との間の高さを実質的に一定に維持するために、前記粉体堆積器が前記粉体を前記粉体床上に堆積させる間、前記粉体床を前記回転軸に対して横方向に移動させる第２移動器をさらに含む請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４４】
前記第１移動器は、前記粉体堆積器が前記粉体を前記粉体床上に堆積させる間、前記粉体堆積器に対して前記回転軸周りに前記粉体床を回転させる請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４５】
前記粉体の少なくとも一部を融合して３次元物体の少なくとも一部を形成するために前記粉体床上の前記粉体に向けられる照射ビームを生成する照射装置をさらに備え、第１移動器は、前記照射装置に対して前記粉体床を回転させる、請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４６】
前記照射装置は、前記粉体床に対して放射状に走査される照射源を含む請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４７】
前記粉体堆積器は、前記回転式粉体床を横切って直線的に移動される請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４８】
前記粉体を予熱する予熱装置をさらに備え、前記第１移動器は、前記予熱装置に対して前記粉体床を回転させる、請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項４９】
前記第１移動器は、前記粉体堆積器が前記粉体を前記粉体床上に堆積させる間、実質的に一定の速度で粉体床を回転させる請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項５０】
粉体床で形状を有する照射ビームを生成する照射エネルギー源をさらに含み、前記粉体床は、前記粉体床での前記照射ビームの形状に対応するように湾曲した湾曲支持面を含む、請求項４１に記載の積層造形システム。
【請求項５１】
材料から３次元物体を作成するための積層造形システムであって、
材料床と、
前記物体を形成するために溶融材料を前記材料床に堆積させる材料堆積器と、
前記材料堆積器が前記溶融材料を前記材料床上に堆積させる間、前記材料床および前記材料堆積器のうちの少なくとも一方を回転軸周りに回転させる移動器と、
を備える積層造形システム。
【請求項５２】
前記堆積器は、ワイヤフィードおよびエネルギービームである請求項５１に記載の積層造形システム。
【請求項５３】
前記エネルギービームは、荷電粒子ビームである請求項５２に記載の積層造形システム。
【請求項５４】
前記荷電粒子ビームは、電子ビームである請求項５２に記載の積層造形システム。
【請求項５５】
第２移動器は、前記材料床および前記材料堆積器のうちの少なくとも一方を、前記回転軸に平行な第１方向に移動させる請求項５１〜５４のいずれか一項に記載の積層造形システム。
【請求項５６】
第３移動器は、前記材料床および前記材料堆積器のうちの少なくとも一方を、前記第１方向および前記回転軸の両方に垂直な第２方向に移動させる請求項５５に記載の積層造形システム。
【請求項５７】
部品を造形するための加工機であって、
支持面を含む支持装置と、
前記支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように前記支持装置を移動させる駆動装置と、
粉体供給時間中に粉体層を形成するために前記移動中の支持装置に粉体を供給する粉体供給装置と、
照射時間中に前記粉体層から前記部品の少なくとも一部を形成するために前記粉体層の少なくとも一部にエネルギービームを照射する照射装置と、
を備え、
前記粉体供給時間の少なくとも一部と、前記照射時間とが重複している、
加工機。
【請求項５８】
前記照射装置が、前記支持面の移動方向と交差する掃引方向に沿って前記エネルギービームを掃引する請求項５７に記載の加工機。
【請求項５９】
前記支持装置の移動方向は、回転軸周りの回転方向を含む請求項５７および５８のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項６０】
前記回転軸は、前記支持面を通過する請求項５９に記載の加工機。
【請求項６１】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する方向に沿って前記エネルギービームを掃引する請求項５９または６０に記載の加工機。
【請求項６２】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する照射装置方向に沿って前記回転軸から離れた位置に配置される請求項５９〜６１のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項６３】
前記測定装置は、前記回転方向と交差する測定装置方向に沿って前記回転軸から離れた位置に配置される請求項５９〜６１のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項６４】
前記照射装置は、前記回転方向と交差する照射装置方向に沿って前記回転軸から離れ、かつ前記回転方向に沿って前記測定装置から離間した位置に配置される請求項６３に記載の加工機。
【請求項６５】
前記照射装置による前記エネルギービームが前記粉体に向けられる照射ゾーンから前記移動方向に沿って離れて位置した予熱ゾーンで粉体を予熱する予熱装置をさらに備える請求項５７〜６４のいずれか一項に記載の加工機。
【請求項６６】
非平坦支持面を含む支持装置と、
前記支持装置に粉体を供給し、湾曲粉体層を形成する粉体供給装置と、
前記粉体層から造形部品を形成するために前記層にエネルギービームを照射する照射装置と、
を備える加工機。
【請求項６７】
前記非平坦支持面が曲率を有する請求項６６に記載の加工機。
【請求項６８】
前記照射装置は、前記エネルギービームを掃引方向に沿って掃引し、前記湾曲した支持面は、前記エネルギービームが通過する平面に曲率を有する、請求項６７に記載の加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１７年１２月２８日に出願された、「回転式粉体床を備えた３次元プリンタ」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，４１６号に対する優先権を主張する。また、本願は、２０１７年１２月２９日に出願された、「３次元プリンタのための回転ビームカラム」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，９２７号に対する優先権も主張する。許可される範囲において、米国仮特許出願第６２／６１１，４１６号及び６２／６１１，９２７号の全内容を本願に参照により援用する。
【背景技術】
【０００２】
現在の３次元プリントシステムは、印刷される部品のサイズ（移動質量が大きすぎる）、または部品が作成される速度、あるいはその両方に制限されている。換言すれば、現在の３次元プリントシステムは比較的遅く、スループットが低く、運用が高費用であり、比較的小さな部品しか作成できない場合がある。
【０００３】
結果として、３次元プリントシステムのスループットを向上させ、運用コストを削減するための模索が続いている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本実施形態は、部品を造形するための加工機に関する。一実施形態において、加工機は、（ｉ）支持面を有する支持装置、（ｉｉ）支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように支持装置を移動させる駆動装置、（ｉｉｉ）粉体層を形成するために移動中の支持装置に粉体を供給する粉体供給装置、（ｉｖ）第１期間中に粉体層から部品の少なくとも一部を形成するために、粉体層の少なくとも一部にエネルギービームを照射する照射装置、（ｖ）第２期間中に部品の少なくとも一部を測定する測定装置を含む。この実施形態において、照射装置が粉体層にエネルギービームを照射する第１期間の少なくとも一部と、測定装置が測定する第２期間の少なくとも一部とが重複している。
【０００５】
概要として、第１期間と第２期間とは少なくとも部分的に重複しているため、複数の動作が同時に発生し、各部分を迅速かつより効率的に作成することができる。
【０００６】
測定装置は、第２期間中に粉体層の少なくとも一部を測定してもよい。
【０００７】
照射装置は、支持面の移動方向と交差する掃引方向に沿ってエネルギービームを掃引してもよい。
【０００８】
支持装置の移動方向は、回転軸周りの回転方向を含んでもよい。さらに、回転軸は、支持面を通過してもよい。
【０００９】
照射装置は、回転方向と交差する方向に沿ってエネルギービームを掃引してもよい。
【００１０】
照射装置は、回転方向と交差する照射装置方向に沿って回転軸から離れた位置に配置されてもよい。
【００１１】
測定装置は、回転方向と交差する測定装置方向に沿って回転軸から離れた位置に配置されてもよい。
【００１２】
照射装置は、回転方向と交差する照射装置方向に沿って回転軸から離れ、かつ回転方向に沿って測定装置から離れた位置に配置されてもよい。
【００１３】
追加的に、加工機は、照射装置によるエネルギービームが粉体に向けられる照射ゾーンから移動方向に沿って離れて位置した予熱ゾーンで粉体を予熱する予熱装置を含んでもよい。一実施形態において、予熱装置は、移動方向に沿って粉体供給装置と照射装置との間に配置される。
【００１４】
一実施形態において、第１期間の少なくとも一部と、予熱装置が粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している。追加的または代替的に、第２期間の少なくとも一部と、予熱装置が粉体を予熱する第３期間の少なくとも一部とが重複している。
【００１５】
照射装置は、粉体層にエネルギービームを照射する複数の照射系を含んでもよい。一実施形態において、複数の照射系は、移動方向と交差する方向に沿って配置される。
【００１６】
一実施形態において、粉体は、照射装置によりエネルギービームが照射される照射ゾーンから移動方向に沿って離れた冷却ゾーンで冷却される。粉体が冷却される冷却ゾーンは、照射装置と粉体供給装置との間に移動方向に沿って配置されてもよい。
【００１７】
支持面は、複数の支持領域を含んでもよい。この実施形態において、各支持領域に別個の部品が作成されてもよい。さらに、複数の支持領域は、移動方向に沿って配置されてもよい。支持面は、第１方向に向かっていてもよく、駆動装置は、少なくとも第１方向と交差する第２方向に沿って支持面上の特定位置を移動させるように支持装置を駆動してもよい。
【００１８】
粉体供給装置は、第１方向と交差する面に沿って粉体の層を形成してもよい。
【００１９】
一実施形態において、第１期間の少なくとも一部と、粉体供給装置が粉体層を形成する第３期間の少なくとも一部とが重複している。追加的または代替的に、第３期間の少なくとも一部と、予熱装置が粉体を予熱する第４期間の少なくとも一部とが重複している。
追加的または代替的に、粉体供給装置が粉体層を堆積／形成する第２期間の少なくとも一部と、第３期間の少なくとも一部とが重複している。
【００２０】
一実施形態において、照射装置は、荷電粒子ビームで層を照射する。
【００２１】
他の実施形態において、加工機は、（ｉ）支持面を有する支持装置、（ｉｉ）支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように支持装置を駆動する駆動装置、（ｉｉｉ）移動する支持装置に粉体を供給し、粉体層を形成する粉体供給装置、および、（ｉｖ）粉体層から造形部分を形成するために粉体層にエネルギービームを照射する照射装置を含む。この実施形態において、照射装置は、移動方向と交差する方向に沿ってエネルギービームが粉体層に照射される照射位置を変更する。
【００２２】
駆動装置は、回転軸周りに回転するように支持装置を駆動してもよく、照射装置は、回転軸と交差する方向に沿って照射位置を変更する。
【００２３】
さらに他の実施形態において、加工機は、（ｉ）支持面を含む支持装置、（ｉｉ）支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように支持装置を駆動する駆動装置、（ｉｉｉ）移動する支持装置に粉体を供給し、粉体層を形成する粉体供給装置、および、（ｉｖ）粉体層から造形部品を形成するために層にエネルギービームを照射する複数の照射系を含む照射装置を含む。この実施形態において、複数の照射系は、移動方向と交差する方向に沿って配置される。
【００２４】
駆動装置は、回転軸周りに回転するように支持装置を駆動してもよく、照射系は、回転軸と交差する方向に沿って配置されてもよい。
【００２５】
またさらに他の実施形態は、粉体から３次元物体を造形するための積層造形システムに関する。この実施形態において、積層造形システムは、（ｉ）粉体床、（ｉｉ）粉体を粉体床上に堆積させる粉体堆積器、および、（ｉｉｉ）粉体堆積器が粉体を粉体床上に堆積させる間、粉体床および粉体堆積器のうちの少なくとも一方を回転させる移動器を含む。
【００２６】
例えば、移動器は、粉体堆積器が粉体床に粉体を堆積させる間、粉体堆積器に対して粉体床を回転させてもよい。
【００２７】
積層造形システムは、粉体の少なくとも一部を融合して３次元物体の少なくとも一部を形成するために、粉体床上の粉体に向けられる照射ビームを生成する照射装置を含んでもよい。移動器は、照射装置に対して粉体床を回転させてもよい。照射装置は、粉体床に対して放射状に走査される照射源を含んでもよい。
【００２８】
一実施形態において、粉体堆積器は、回転式粉体床に対して横方向に移動してもよい。例えば、粉体堆積器は、回転式粉体床を横切って直線的に移動されてもよい。
【００２９】
積層造形システムは、粉体を予熱する予熱装置を含んでもよい。この実施形態において、移動器は、予熱装置に対して粉体床を回転させてもよい。
【００３０】
移動器は、粉体堆積器が粉体を粉体床上に堆積させる間、実質的に一定の角速度で粉体床を回転させてもよい。
【００３１】
一実施形態において、粉体床は、照射ビームの形状に一致するように湾曲した湾曲支持面を含む。
【００３２】
さらに他の実施形態において、積層造形システムは、材料床、物体を形成するために溶融材料を材料床に堆積させる材料堆積器、および、材料堆積器が溶融材料を材料床上に堆積させる間、材料床および材料堆積器のうちの少なくとも一方を回転軸の周りに回転させる移動器を含む。
【００３３】
またさらに他の実施形態において、本実施形態は、部品を造形するための加工機であって、（ｉ）支持面を含む支持装置、（ｉｉ）支持面上の特定位置が移動方向に沿って移動されるように支持装置を移動させる駆動装置、（ｉｉｉ）粉体供給時間中に粉体層を形成するために移動中の支持装置に粉体を供給する粉体供給装置、および、（ｉｖ）照射時間中に粉体層から部品の少なくとも一部を形成するために、粉体層の少なくとも一部にエネルギービームを照射する照射装置を含み、ここにおいて、粉体供給時間の少なくとも一部と、照射時間とが重複している、加工機に関する。
【００３４】
照射装置は、支持面の移動方向と交差する掃引方向に沿ってエネルギービームを掃引してもよい。支持装置の移動方向は、回転軸周りの回転方向を含んでもよい。回転軸は、支持面を通過してもよい。照射装置は、回転方向と交差する方向に沿ってエネルギービームを掃引してもよい。照射装置は、回転方向と交差する照射装置の方向に沿って回転軸から離れて配置されてもよい。測定装置は、回転方向と交差する測定装置方向に沿って回転軸から離れて配置されてもよい。照射装置は、回転方向と交差する照射装置方向に沿って回転軸から離れ、かつ回転方向に沿って測定装置から離間した位置に配置されてもよい。追加的に、加工機は照射装置によるエネルギービームが向けられる照射ゾーンから移動方向に沿って離れて位置した予熱ゾーンで粉体を予熱する予熱装置を含んでもよい。
【００３５】
他の実施形態において、加工機は、非平坦支持面を含む支持装置、支持装置に粉体を供給し、湾曲粉体層を形成する粉体供給装置、および、粉体層から造形部品を形成するために層にエネルギービームを照射する照射装置を含む。１つのバージョンでは、非平坦支持面は曲率を有する。照射装置は、エネルギービームを掃引方向に沿って掃引してもよく、ここにおいて、湾曲した支持面は、エネルギービームが通過する平面に曲率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
この実施形態の新規な特徴、ならびに実施形態自体は、その構造およびその動作の両方に関して、同様の参照符号が同様の部分を指す添付の説明と併せて、以下の添付の図面から最もよく理解されるであろう。
【００３７】
図１Ａは、本実施形態の特徴を有する加工機の実施形態の簡略側面図である。
【００３８】
図１Ｂは、図１Ａの加工機の一部の簡略上面図である。
【００３９】
図２は、本実施形態の特徴を有する加工機の他の実施形態の簡略側面図である。
【００４０】
図３は、本実施形態の特徴を有する加工機の他の実施形態の一部の簡略上面図である。
【００４１】
図４は、本実施形態の特徴を有する加工機のまたさらに他の実施形態の一部の簡略上面図である。
【００４２】
図５は、本実施形態の特徴を有する加工機のまた他の実施形態の一部の簡略上面図である。
【００４３】
図６は、本実施形態の特徴を有する加工機の他の実施形態の一部の簡略側面図である。
【００４４】
図７Ａは、本実施形態の特徴を有する加工機のさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。
【００４５】
図７Ｂおよび７Ｃは、代替的な粉体床の上面図である。
【００４６】
図８は、本実施形態の特徴を有する加工機のまたさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。
【００４７】
図９は、本実施形態の特徴を有する加工機のまたさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１Ａは、１つ以上の３次元物体１１（ボックスで示される）を造形するために用いられて得る加工機１０の実施形態の簡略側面図である。本明細書で提供されるように、加工機１０は、粉体１２（小さな円で示される）が一連の粉体層１３（水平破線で示される）で結合、溶融、固化、および／または融合されて１つ以上の３次元物体を造形する３次元プリンタなどの積層造形システムであり得る。図１Ａにおいて、物体１１は、物体１１を形成するための粉体層１３の結合を表す複数の小さな正方形を含む。
【００４９】
加工機１０で造形される３次元物体１１の種類は、ほとんどあらゆる形状または幾何学的形状であってもよい。非排他的な例として、３次元物体１１は、金属部品、または他の種類の部品、例えば、樹脂（プラスチック）部品やセラミック部品などであってもよい。また、３次元物体１１は、「造形部品」と呼ばれることもある。
【００５０】
一緒に結合および／または融合された粉体１２の種類は、物体１１の所望の特性に適合するように変更することができる。非排他的な例として、粉体１２は、金属３次元プリント用の粉体粒子を含んでもよい。代替的に、粉体１２は、金属粉体、非金属粉体、プラスチック、ポリマー、ガラス、セラミック粉体、または当業者に知られている任意の他の材料であってもよい。粉体１２は、また、「材料」と呼ばれることもある。
【００５１】
特定の実施形態において、加工機１０は、（ｉ）粉体床アセンブリ１４、（ｉｉ）予熱装置１６（ボックスで示される）、（ｉｉｉ）粉体供給装置１８（ボックスで示される）、（ｉｖ）測定装置２０（ボックスで示される）、（ｖ）照射装置２２（ボックスで示される）、および（ｖｉ）各３次元物体１１を作成するために協働する制御システム２４を含む。これらの構成要素のそれぞれの設計は、本明細書で提供される教示に従って変更することができる。なお、加工機１０の構成要素の位置は、図１Ａに示されるものとは異なっていてもよい。なお、さらに、加工機１０は、図１Ａに示されるよりも多くの構成要素、またはより少ない構成要素を含んでもよい。
【００５２】
図１Ｂは、図１Ａの粉体床アセンブリ１４の一部および３次元物体１１の簡略上面図である。図１Ｂは、また、（ｉ）予熱装置１６（ボックスで示される）、および粉体１２が予熱装置１６で予熱される領域を表す予熱ゾーン１６Ａ（破線で示される）、（ｉｉ）粉体供給装置１８（ボックスで示される）、および粉体１２が粉体供給装置１８によって粉体床アセンブリ１４に加えられる領域を表す堆積ゾーン１８Ａ（想像線で示される）、（ｉｉｉ）測定装置２０（ボックスで示される）、および粉体１２および／または物体１１が測定装置２０によって測定される領域を表す測定ゾーン２０Ａ（想像線で示される）、および（ｉｖ）照射装置２２（ボックスで示される）、および照射装置２２によって粉体１２が照射され、互いに融合される領域を表す照射ゾーン２２Ａを示す。なお、これらのゾーンは、図１Ｂに示す非排他的な例とは異なり、離間していてもよい。
【００５３】
概要として、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、特定の実施形態において、加工機１０は、形成される物体１１と、予熱装置１６、粉体供給装置１８、測定装置２０、および照射装置２２のそれぞれとの間で移動方向２５（矢印で示される）に沿って実質的に一定の相対移動が存在するように独自に設計される。移動方向２５は、支持回転軸２６Ｄ周りの回転方向を含んでもよい。この設計により、粉体１２は、比較的迅速に堆積され、かつ融解されることができる。これにより、物体１１のより速い形成、加工機１０のスループットの増加、および物体１１のコストの低減が可能になる。
【００５４】
本明細書では、加工機１０のいくつかの異なる設計が提供される。図１Ａおよび１Ｂに示される実施形態では、粉体床アセンブリ１４は、（ｉ）粉体１２および形成される間に物体１１を支持する支持装置２６、および（ｉｉ）予熱装置１６（および予熱ゾーン１６Ａ）、粉体供給装置１８（および堆積ゾーン１８Ａ）、測定装置２０（および測定ゾーン２０Ａ）、および照射装置２２（および照射ゾーン２２Ａ）に対して、支持移動方向２６Ａに沿って支持装置２６を選択的に移動させる装置移動器２８（例えば、１つ以上のアクチュエータ）を含む。この設計では、装置移動器２８が支持装置２６を移動させるので、支持装置２６上の特定位置は、支持移動方向２６Ａに沿って移動する。装置移動器２８は、予熱装置１６（および予熱ゾーン１６Ａ）、粉体供給装置１８（および堆積ゾーン１８Ａ）、測定装置２０（および測定ゾーン２０Ａ）、および照射装置２２（および照射ゾーン２２Ａ）の少なくとも１つを、移動方向２６Ａに沿って支持装置に対して移動させてもよい。
【００５５】
なお、加工機１０は、真空環境下で動作されてもよい。代替的に、加工機１０は、不活性ガス（例えば、窒素ガス、またはアルゴンガス）などの非真空環境下で動作されてもよい。
【００５６】
一実施形態において、支持装置２６は、予熱装置１６、粉体供給装置１８、測定装置２０、および照射装置２２に対して一定の半径方向速度で移動（例えば、回転）される。これにより、支持装置２６が移動している間、加工機１０の残りのほぼすべての構成要素を固定することができる。支持装置２６が常に移動しているので、物体１１はより速く作成されることができる。この実施形態において、回転支持装置２６を利用することによって、支持装置２６上で、移動する部品が多すぎ、力が大きく、粉体１２の層の堆積が遅いという問題が解決される。支持装置２６の半径方向速度は、一定速度であってもよい。
【００５７】
図１Ａおよび１Ｂに示される簡略概略図では、支持装置２６は、支持面２６Ｂおよび支持側壁２６Ｃを含む。この実施形態において、支持面２６Ｂは、平坦な円盤形状であり、支持側壁２６Ｃは管状であり、かつ支持面２６Ｂの周囲から上方に延びる。代替的に、支持面２６Ｂおよび支持側壁２６Ｃの他の形状が用いられてもよい。なお、図１Ａでは、支持装置２６は透視図で示されている。いくつかの実施形態では、支持面２６Ｂは、ピストンのシリンダ壁として機能する支持側壁２６Ｃに対してピストンとして移動する。支持面２６Ｂの形状は、円形でなくてもよく、長方形または多角形であってもよい。さらに、支持側壁２６Ｃの形状は、筒状でなくてもよく、四角柱状または多角柱状であってもよい。
【００５８】
装置移動器２８は、支持装置２６を、支持移動方向２６Ａに沿って実質的に一定または可変の角速度で移動させもよい。代替的で非排他的な例として、装置移動器２８は、支持装置２６を、支持移動方向２６Ａに沿って少なくとも約２、５、１０、２０、３０、６０、またはそれ以上の毎分回転数（ＲＰＭ）の実質的に一定の角速度で移動させてもよい。本明細書で用いられる場合、「実質的に一定の角速度」という用語は、経時的に変化する速度が５％未満であることを意味するものとする。一実施形態において、「実質的に一定の角速度」という用語は、目標速度から変化する速度が０．１％未満であることを意味するものとする。装置移動器２８は、また、「駆動装置」と呼ばれることもある。
【００５９】
一実施形態において、装置移動器２８は、支持面２６Ｂを通過する支持回転軸２６Ｄ（例えば、図１ＡのＺ軸周り）を有する回転方向（例えば、支持移動方向２６Ａ）に支持装置２６を回転させる。追加的または代替的に、装置移動器２８は、可変速度で、あるいは、段階的にまたは他の方法で、支持装置２６を移動させてもよい。支持回転軸２６Ｄは、重力方向に沿って整列されていてもよく、重力方向周りの傾斜方向に沿って整列されていてもよい。
【００６０】
図１Ａでは、装置移動器２８は、モータ２８Ａ（すなわち、回転モータ）と、モータ２８Ａを粉体床２６に固定的に接続する装置コネクタ２８Ｂ（すなわち、剛性軸）とを含む。他の実施形態では、装置コネクタ２８Ｂは、少なくとも１つのギア、ベルト、チェーン、または摩擦ドライブなどの伝動装置を含んでもよい。
【００６１】
一実施形態において、支持面２６Ａは、（例えば、Ｚ軸に沿って）第１方向を向いており、装置移動器２８は、第１方向と交差する第２方向（例えば、支持移動方向２６Ａ）に沿って支持面２６Ａ上の特定位置を移動させるように支持装置２６を駆動する。
【００６２】
物体１１を作成するために用いられる粉体１２は、一連の粉体層１３で支持装置２６上に堆積される。加工機１０の設計によっては、粉体１２を有する支持装置２６が非常に重いことがあり得る。現在の設計では、この大きな質量の加速または減速を回避するために一定または実質的に一定の速度で回転させてもよく、必要な動作は、全体露光処理の開始時と終了時以外は非求心性加速が存在しない、大きな質量の連続的な回転である。現在の設計では、粉体床２６の回転運動により、粉体床２６を移動させるためのリニアモーターの必要がなくなる。露光処理は、運動が等速運動である間に行われてもよい。
【００６３】
一実施形態において、粉体床２６は、中心に軸を有するか、または少なくとも「非印刷」ゾーン３０（円で示される）を有するので、部品１１は、中空の中心を有するという制限により非常に大きく（粉体床の直径）なるか、または粉体床２６の半径よりも小さくなければならない。代替的に、粉体床２６は、非印刷ゾーン３０を排除するために移動されてもよい。例えば、粉体床２６の軸２６Ｄは、中心から離れて配置されてもよい。
【００６４】
予熱装置１６は、予熱時間中に支持装置２６上に堆積された予熱ゾーン１６Ａ内の粉体１２を選択的に予熱する。換言すれば、予熱装置１６を用いて、粉体床２６内の粉体１２を所望の予熱温度まで上げることができる。特定の実施形態において、予熱装置１６は、造形される物体１１が予熱ゾーン１６Ａを通って移動されるときに、予熱ゾーン１６Ａで粉体１２を加熱する。
【００６５】
一実施形態において、予熱装置１６は、予熱軸（方向）１６Ｂに沿って延び、移動方向２６Ａに沿って粉体供給装置１８と照射装置２２との間に配置される。さらに、予熱軸１６Ｂは、移動方向２６Ａと交差し、回転軸２６Ｄを横切る。この設計では、予熱ゾーン１６Ａは、堆積ゾーン１８Ａと照射ゾーン２２Ａとの間に配置され、予熱装置１６は、移動方向２５に沿って照射ゾーン２２Ａから離れた予熱ゾーン１６Ａの粉体１２を予熱してもよい。図１Ｂでは、予熱ゾーン１６Ａは、照射ゾーン２２Ａから遠く離れて示される。しかし、これらのゾーン１６Ａ、２２Ａの相対的な配置は、図１Ｂに示されているものとは異なっていてもよい。代替的に、ゾーン１６Ａ、２２Ａの相対的なサイズは、図１Ｂに示されているものとは異なっていてもよい。例えば、予熱ゾーン１６Ａは、照射ゾーン２２Ａよりもはるかに大きくてもよい。例えば、これらのゾーン１６Ａ、２２Ａは、互いに隣接してもよい。予熱装置１６は、１つでも複数でもよい。
【００６６】
予熱装置１６の設計および所望の予熱温度は変更してもよい。一実施形態において、予熱装置１６は、１つ以上の予熱ビーム１６Ｃを粉体１２に向ける１つ以上の予熱エネルギー源１６Ｃを含んでもよい。１つの予熱源１６Ｃが用いられる場合、予熱ビーム１６Ｄは、予熱ゾーン１６Ａ内の粉体１２を加熱するために、予熱軸１６Ｂに沿って半径方向に操縦されてもよい。代替的に、予熱ゾーン１６Ａを加熱するために、複数の予熱源１６Ｃが配置されてもよい。代替的で非排他的な例として、各予熱エネルギー源１６Ｃは、電子ビームシステム、水銀ランプ、赤外線レーザー、加熱空気の供給、熱放射システム、可視波長光学システムまたはマイクロ波光学システムであってよい。所望の予熱温度は、印刷に使用される粉体材料の溶融温度の５０％、７５％、９０％、または９５％であってよい。異なる粉体は異なる融点を有し、したがって異なる所望の予熱点を有することが理解されるであろう。非排他的な例として、所望の予熱温度は、少なくとも摂氏３００、５００、７００、９００、または１０００度であってもよい。予熱軸１６Ｂは１つの直線でなくてもよい。
【００６７】
粉体供給装置１８は、堆積時間（「粉体堆積時間」とも呼ばれる）中に、支持装置２６上に粉体１２を堆積させる。特定の実施形態において、粉体供給装置１８は、支持装置２６上に粉体層を形成するために支持装置２６が回転されている間に、堆積ゾーン１８Ａに配置された支持装置２６に粉体１２を供給する。一実施形態において、粉体供給装置１８は、粉体供給軸（方向）１８Ｂに沿って延び、測定装置２０と予熱装置１６との間に移動方向２６Ａに沿って配置される。さらに、粉体供給軸１８Ｂは、移動方向２６Ａと交差し、回転軸２６Ｄを横切る。一実施形態において、粉体供給装置１８は、粉体１２を保持する１つ以上のリザーバ（図示せず）と、粉体１２をリザーバから支持装置２６の上の堆積ゾーン１８Ａに移動させる粉体移動器（図示せず）とを含む。粉体供給軸１８Ｂは、１つの直線でなくてもよい。粉体供給装置１８は、１つでも複数でもよい。
【００６８】
本設計では、粉体供給装置１８は、各回転中に粉体床２６の支持面２６Ｂに沿って粉体１２の個々の層１３を形成し、支持面２６Ｂは、支持移動方向２６Ａおよび支持回転軸２６Ｄと交差する。
【００６９】
粉体１２の層が照射装置２２で溶融されると、粉体供給装置１８で可能な限りむら無く均一に粉体１２の別の（後続の）層１３を堆積させる必要がある。回転支持装置２６の場合、堆積は、複数の離間した粉体堆積器１８が用いられる複数の異なる場所で行われてもよい。
【００７０】
測定装置２０は、測定時間中に測定ゾーン１８Ａ内の溶融（融解）層および粉体１２の堆積を検査および監視する。換言すれば、測定装置２０は、支持装置２６および粉体１２が移動される間に、粉体１２の少なくとも一部および部品１１の一部を測定する。一実施形態において、測定装置２０は、回転方向２６Ｄと交差する測定装置軸（方向）２０Ｂに沿って回転軸２６Ｄから離れた位置に配置される。測定装置２０は、粉体層の少なくとも一部のみを検査してもよく、部品１１の少なくとも一部のみを検査してもよく、またはその両方を検査してもよい。測定装置２０の数は、１つでも複数でもよい。測定器軸２０Ｂは１本の直線でなくてもよい。この設計では、測定装置２０は、照射装置２２と粉体供給装置１８との間（粉体供給装置の上流）に配置されるが、測定装置２０は、移動方向２６Ａに沿って粉体供給装置１８の下流に配置されてもよく、粉体供給装置１８と予熱装置１６との間に配置されてもよく、または予熱装置１６の下流に配置されてもよい。測定装置２０は、光学的、電気的、または物理的に、粉体層１３または造形部品のうちの少なくとも一方を検査してもよい。
【００７１】
非排他的な例として、測定装置２０は、均一照明デバイス、縞照明デバイス、１つまたは複数の波長で機能するカメラ、レンズ、干渉計、または光検出器などの１つ以上の光学要素、または、超音波、渦電流、静電容量センサなどの非光学測定装置を含んでもよい。
【００７２】
照射装置２２は、照射時間中に物体１１を形成するために、支持装置２６上に堆積された照射ゾーン２２Ａ内の粉体１２を選択的に加熱および溶融する。より具体的には、照射装置２２は、粉体床２６および物体１１が移動される間に、物体１１の各層１３を順次形成するために粉体１２を順次露光する。照射装置２２は、少なくとも造形されるべき物体１１に関するデータに基づいて、粉体１２を選択的に照射する。このデータは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルデータに対応するものであってもよい。照射装置２２は、１つでも複数でもよい。
【００７３】
一実施形態において、照射装置２２は、照射軸（方向）２２Ｂに沿って延び、予熱装置１６と測定装置２０との間に移動方向２６Ａに沿って配置される。さらに、照射軸２２Ｂは、移動方向２６Ａと交差し、回転軸２６Ｄを横切る。照射装置２２の設計および所望の照射温度は変更されてもよい。一実施形態において、照射装置２２は、１つ以上の照射（エネルギー）ビーム２２Ｄを粉体１２に向ける１つ以上の照射エネルギー源２２Ｃ（「照射系」）を含んでもよい。１つの照射エネルギー源２２Ｃが用いられる場合、照射ビーム２２Ｄは、粉体照射ゾーン２２Ａを照射するために放射状に向けられてもよい。この設計により、照射装置２２は、支持面２６Ｂの移動方向２５と交差する掃引方向に沿って（例えば、照射軸２２Ｂに沿って）エネルギービーム２２Ｄを掃引するように制御されてもよい。代替的に、複数のエネルギー源２２Ｃは、それぞれが別個のエネルギービーム２２Ｄを有する照射軸２２Ｂに沿って照射ゾーン２２Ａを照射するように配置されてもよい。この実施形態において、複数の照射系２２Ｃは、移動方向２６Ａと交差する方向（例えば、照射軸２２Ｂ）に沿って配置される。複数の照射装置（複数のエネルギー源２２Ｃ）は、移動方向２６Ａに沿って、または移動方向２６Ａを横切って配置されてもよい。
【００７４】
代替的で非排他的な例として、照射エネルギー源２２Ｃのそれぞれは、荷電粒子ビームを生成する電子ビームシステム、レーザービームを生成するレーザービームシステム、電子ビーム、荷電粒子ビームを生成するイオンビームシステム、または放電アークであってもよく、所望の照射温度は、少なくとも１０００、１４００、１７００、２０００、またはそれ以上の摂氏温度であってよい。他の実施形態において、照射エネルギー源２２Ｃのそれぞれは、荷電粒子ビーム、赤外線ビーム、可視ビームまたはマイクロ波ビームを生成するように設計されてもよく、所望の照射温度は、印刷に用いられる粉体材料の溶融温度の少なくとも５０％、７５％、９０％、または９５％であってよい。異なる粉体は異なる融点を有し、したがって異なる所望の予熱点を有することが理解されるであろう。照射エネルギー源２２Ｃは、レーザービームを生成するレーザービームシステムであってもよい。
【００７５】
本明細書で提供されるように、照射装置２２は、回転方向２６Ａと交差する照射装置方向（例えば、照射軸２２Ｂ）に沿って回転軸２６Ｄから離れた位置に配置されてもよい。さらに、照射装置２２は、回転方向２６Ａに沿って測定装置２２から離間している。
【００７６】
制御システム２４は、粉体１２を層ごとに連続的に追加することによりコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから３次元物体１１を造形するために、加工機１０の構成要素を制御する。
制御システム２４は、１つ以上のプロセッサ２４Ａおよび１つ以上の電子記憶装置２４Ｂを含んでもよい。
【００７７】
制御システム２４は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィック処理装置）、およびメモリを含んでもよい。制御システム２４は、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより、加工機１０の動作を制御する装置として機能する。このコンピュータプログラムは、制御システム２４（例えば、ＣＰＵ）に、後述する動作を制御システム２４に行わせる（すなわち、実行させる）ためのコンピュータプログラムである。すなわち、このコンピュータプログラムは、制御システム２４を機能させて、加工機１０が後述する動作を実行するためのコンピュータプログラムである。ＣＰＵにより実行されるコンピュータプログラムは、例えば、制御システム２４に含まれるメモリ（すなわち、記録媒体）、または、ハードディスクまたは半導体メモリなどの、制御システム２４に内蔵されているか、または制御システム２４に外付け可能な任意の記憶媒体に記録されてもよい。代替的に、ＣＰＵは、ネットワークインターフェースを介して、制御システム２４の外部の装置から実行されるコンピュータプログラムをダウンロードしてもよい。さらに、制御システム２４は、加工機１０の内部に配置されず、加工機１０の外部にサーバ等として配置されてもよい。この場合、制御システム２４と加工機１０とは、有線通信（ケーブル通信）、無線通信、ネットワーク等の通信回線を介して接続されてもよい。有線で物理的に接続する場合は、ネットワークを介して、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢなど、または、１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔなどのシリアル接続またはパラレル接続を利用することができる。さらに、無線で接続する場合、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭなどの電波、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線、光通信などの電波を利用してもよい。この場合、制御システム２４および加工機１０は、通信回線やネットワークを介して各種情報を送受信できるように構成されていてもよい。さらに、制御システム２４は、コマンドや制御パラメータなどの情報を、通信回線やネットワークを介して加工機１０に送信することができるようにしてもよい。加工機１０は、通信回線やネットワークを介して制御システム２４からコマンドや制御パラメータなどの情報を受信する受信装置（受信機）を含んでいてもよい。ＣＰＵにより実行されるコンピュータプログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、フロッピーディスク、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、または、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）などの磁気ディスクまたは磁気テープなどの磁気媒体、光ディスク、光磁気ディスク、ＵＳＢメモリなどの半導体メモリ、または、その他のプログラムを格納可能な媒体が挙げられる。このプログラムには、記録媒体に格納されて配布されるプログラムの他、インターネット等のネットワーク回線を介してダウンロードして配布する形態も含まれる。また、記録媒体は、プログラムを記録することが可能な装置、例えば、プログラムをソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態で実装された汎用または専用の装置を含む。プログラムは、ソフトウェアやファームウェアなどの形で実行することができ、さらには、プログラムに含まれる各処理および機能は、コンピュータが実行可能なプログラムソフトウェアによって実行されてもよく、各部の処理は、所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）などのハードウェアやプログラムソフトウェアによって実行されてもよく、また、ハードウェア要素の一部を実現する部分的なハードウェアモジュールが混在して実装されてもよい。
【００７８】
さらに、オプションとして、加工機１０は、照射装置２２で融解された後、冷却ゾーン３１Ａ（想像線で示される）で粉体床２６上の粉体１２を冷却する冷却装置３１（ボックスで示される）を含んでもよい。一実施形態において、冷却装置３１は、冷却軸３１Ｂに沿って延び、測定装置２０と粉体供給装置１８との間に移動方向２６Ａに沿って配置される。この設計では、冷却装置３１は、移動方向２６Ａに沿って照射ゾーン２２Ａから離れた冷却ゾーン３１Ａ内の粉体１２を冷却する。さらに、冷却ゾーン３１Ａは、移動方向２６Ａに沿って照射装置２２の照射ゾーン２２Ａと粉体供給装置１５の供給ゾーン１８Ａとの間に配置されてもよい。冷却軸３１Ｂは、１つの直線でなくてもよい。
【００７９】
非排他的な例として、冷却装置３１は、新たに溶融した材料（例えば、金属）を所望の温度に冷却するために、放射、伝導、および／または対流を利用してもよい。
【００８０】
図１Ａの非排他的な例では、予熱装置１６、粉体堆積器１８、測定装置２０、照射装置２２、および冷却装置３１は、一緒に固定され、共通の構成要素ハウジング３２によって保持されてもよい。これらの構成要素をまとめて上部アセンブリと呼ぶ場合がある。代替的に、これらの構成要素の１つ以上は、１つ以上の別個のハウジングによって保持されてもよい。この設計では、共通の構成要素ハウジング３２は、移動方向２６Ａに沿って回転されるか、または、移動方向２６Ａの反対方向に回転されてもよい。このとき、支持装置２６は、固定されてもよく、移動方向に沿って移動（回転）されてもよい。予熱装置１６、粉体堆積器１８、測定装置２０、照射装置２２および冷却装置３１のうちの少なくとも１つは、移動方向２６Ａと交差する方向に移動可能であってもよい。
【００８１】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、支持床２６は、議論を容易にするために時計の文字盤として参照されてもよい。この実施形態において、１２時に、照射装置２２を用いて露光が行われる。支持床２６の局所的滴な移動速度は、中央よりも縁部で速くなり、そのため、複数の照射エネルギー源２２Ｂの配置の調整が必要な場合があることに留意されたい。時計の文字盤の１：３０などの適切な回転角で、測定装置２０（図１Ａに示す）による測定が行われてもよい。測定装置２０は、他の方法では、粉体床１２の全領域ではなく、粉体床２６の半径にまたがるだけでよい。
【００８２】
約２：３０の付近において、冷却装置３１が粉体床２６上の粉体１２を冷却してもよい。約３：１５の付近において、粉体堆積器１８は、粉体１２を粉体床２６に堆積するように配置されてもよい。過剰な粉体１２は、遠心力を介して、または粉体堆積器１８の設計によって、回転粉体床２６の縁から追い出されてもよい。特定の実施形態において、粉体堆積器１８の堆積速度は、半径方向に依存する。必要に応じて、堆積の計測が追加されてもよく、続いて粉体計測システムからのフィードバックを用いて必要に応じて選択的に粉体を追加または除去できる補足的な粉体堆積システムが追加されてもよい。
【００８３】
次に、約５時の付近において、予熱装置１６による予熱が行われてもよい。
【００８４】
上記のように、（ｉ）予熱装置１６は、予熱時間中に予熱ゾーン１６Ａで粉体１２を予熱し、（ｉｉ）粉体堆積器１８は、堆積時間中に堆積ゾーン１８Ａの粉体床２６上に粉体１２を堆積させ、（ｉｉｉ）測定装置２０は、測定時間中に測定ゾーン２０Ａ内の粉体１２を測定し、（ｉｖ）照射装置２２は、照射時間中に照射ゾーン２２Ａ内の粉体１２を照射し、（ｖ）冷却装置３１は、冷却時間中に冷却ゾーン３１Ａ内の粉体１２を冷却する。なお、予熱時間、堆積時間、測定時間、照射時間、および／または冷却時間は、第１期間、第２期間、第３期間、第４期間、および／または第５期間と呼ばれる場合がある。予熱装置１６、粉体堆積装置１８、測定装置２０、照射装置２２、および冷却装置３１の数は複数であってもよい。この場合、例えば、他の照射装置が６：００に配置されてもよく、他の測定装置が７：３０に配置されてもよく、他の冷却装置が８：３０に配置されてもよく、他の粉体堆積装置が９：１５に配置されてもよく、他の予熱装置が１１時に配置されてもよい。
【００８５】
なお、さらに、本明細書で提供される独自の設計では、複数の操作を同じ時間（同時）に実行して、加工機１０のスループットを改善することができる。換言すれば、加工機１０のスループットを改善するために、予熱時間、堆積時間、測定時間、照射時間、および冷却時間のうちの１つ以上は、粉体１２の層１３の任意の所与の処理の時間において部分的または完全に重複していてもよい。例えば、２つ、３つ、４つ、または５つすべてが部分的または完全に重複していてもよい。
【００８６】
より具体的には、（ｉ）予熱時間は、堆積時間、測定時間、照射時間、および／または冷却時間と少なくとも部分的に重複していてもよく、（ｉｉ）堆積時間は、予熱時間、測定時間、照射時間、および／または冷却時間と少なくとも部分的に重複していてもよく、（ｉｉｉ）測定時間は、堆積時間、予熱時間、照射時間、および／または冷却時間と少なくとも部分的に重複していてもよく、（ｉｖ）照射時間は、堆積時間、測定時間、予熱時間、および／または冷却時間と少なくとも部分的に重複していてもよく、および／または、（ｖ）冷却時間は、予熱、堆積時間、測定時間、および／または照射時間と少なくとも部分的に重複していてもよい。
【００８７】
第１例示として、（ｉ）第１期間中に、照射装置２２は、粉体層に照射ビーム２２Ｃを照射し、（ｉｉ）第２期間中に、測定装置２０は、物体１１／粉体１２の少なくとも一部を測定し、（ｉｉｉ）第１期間と第２期間とは少なくとも部分的に重複している。さらに、第３期間中に、予熱装置１６は粉体１２を予熱し、第３期間は、第１期間および第２期間と少なくとも部分的に重複している。代替的に、第３期間中に、粉体堆積器１８は粉体１２を堆積し、第３期間は、少なくとも第１期間および第２期間と部分的に重複している。さらに代替的に、第３期間の少なくとも一部と、予熱装置が粉体を予熱する第４期間の少なくとも一部とが重複していてもよい。
【００８８】
追加的または代替的に、第２期間の少なくとも一部と、粉体供給装置が粉体層を形成する第３期間の少なくとも一部とが重複していてもよい。最大スループットのための特定の実施形態において、部品１１（または複数の部品１１）は、支持面２６Ｂの最大面積を覆い、堆積時間、予熱時間、測定時間、照射時間、および冷却時間のすべてが実質的に連続的かつ同時に行われる。すなわち、堆積、予熱、測定、照射、および冷却のすべての処理は、部品製造時間のうちの最大限で同時に実行される。
【００８９】
一実施形態において、（ｉ）照射装置２２は、粉体１２の少なくとも一部を照射して、第１期間中に粉体１２の層１３から部品１１の少なくとも一部を形成し、（ｉｉ）駆動装置２８は、移動方向２６Ａに沿って支持面２６Ｂ上の特定位置を移動させるように支持装置２６を駆動し、（ｉｉｉ）粉体供給装置１８は、移動する支持装置２６に粉体１２を供給して、粉体層１３を形成し、（ｉｖ）照射装置２２は、粉体層１３から造形部品１１を形成するために、エネルギービーム２２Ｄを層１３に照射する。この実施形態において、照射装置２２は、移動方向２６Ａと交差する方向（照射軸２２Ｂ）に沿って、エネルギービーム２２Ｄが粉体層１３に照射される照射位置を変更する。さらに、駆動装置２８は、回転軸２６Ｄ周りに回転するように支持装置２６を駆動してもよく、照射装置２２は、回転軸２６Ｄと直交する方向（照射軸２２Ｂ）に沿って照射位置を変更してもよい。
【００９０】
他の実施形態において、加工機１０は、（ｉ）支持面２６Ｂを有する支持装置２６、（ｉｉ）移動方向２６Ａに沿って支持面２６Ｂ上の特定位置を移動させるように支持装置２６を駆動する駆動装置２８、（ｉｉｉ）移動する支持装置２６に粉体１２を供給して、粉体層１３を形成する粉体供給装置１８、および、（ｉｖ）粉体層１３から造形部品１１を形成するために、層１３にエネルギービーム２２Ｄを照射する複数の照射系２２Ｃを含む照射装置２２を含む。この実施形態において、照射系２２Ｃは、移動方向２６Ａと交差する方向（例えば、照射軸２２Ｂ）に沿って配置される。
【００９１】
なお、図１Ｂは、必要なすべてのステップが粉体床２６の回転サイクルの半分で行われてもよいことを示している。これは、他の予熱装置、粉体堆積器、測定装置、および照射装置を含む完全な第２のシステム（図示せず）を残りの半分に追加して、粉体床２６の同じ回転速度に対して２倍の進度で３次元プリントを行うことができることを意味する。さらに、必要に応じて、完全な第３またはそれ以上のシステム（図示せず）を追加するために、構成要素の配置を圧縮することができる。代替的に、「単一システム」の実施形態の場合、領域１６Ａ、１８Ａ、２０Ａ、２２Ａ、３１Ａのサイズは、支持面２６Ｂのより多くの部分、または実質的にすべてを覆うように増加されてもよい。
【００９２】
なお、上記のステップの一部またはすべてが粉体床２６の異なる部分で同時に行われているため、３次元プリントのデューティサイクルは１００％であり、予熱、粉体体積、測定、および／または照射のうちの１つ以上が常に行われている。第２の（または第３の）印刷領域を追加すると、実効デューティサイクルが２００％（または３００％）に押し上げられる。
【００９３】
この加工機１０を用いるにおいて最も効率の悪い方法は、粉体床２６の完全なドーナツ型の露光領域を利用せず、一度に１つの物体１１のみを作成することである。この場合、物体１１は、露光から測定、堆積、予熱へと順次移り、その後繰り返される。しかし、この最も効率の悪い動作モードでも、部品の製造速度は従来のシステムに相当する。
【００９４】
大きな部品または複数の部品が同時に作成される場合、システムは、ほぼ１００％のデューティサイクルで実行され、一部またはすべてのステージが並行して行われるため、スループットおよびツールの使用率が大幅に向上される。
【００９５】
特定の実施形態において、粉体床２６は、装置移動器２８を用いて、微細ピッチねじまたは同等の方法を介して、連続速度で支持回転軸２６Ｄに沿って下に移動されてもよい。この設計では、粉体１２の最新の（最上の）層と、粉体堆積器１８（および他の上部アセンブリ）との間の高さ３３を、処理全体にわたって実質的に一定に維持することができる。代替的に、粉体床１２は、各回転において段階的に下に移動されてもよく、粉体床１２における１つの半径方向位置での不連続の可能性をもたらし得る。本明細書で用いられる場合、「実質的に一定」とは、各粉体層の典型的な厚さが１ミリメートル未満であるため、高さ３３が３倍未満で変化することを意味するものとする。他の実施形態において、「実質的に一定」は、製造処理中に高さ３３が、高さ３３の１０パーセント未満で変化することを意味するものとする。
【００９６】
さらに代替的に、上部アセンブリは、粉体１２が所望の高さを維持するために堆積されている間、上部アセンブリ（またはその一部）を連続的（または段階的）な速度で上方に移動させるハウジング移動器３４を含んでもよい。ハウジング移動器３４は、１つ以上のアクチュエータを含んでもよい。ハウジング移動器３４および／または装置移動器２８は、第１移動器または第２の移動器と呼ばれることがある。
【００９７】
円筒形の粉体層２６の直径は、作成され得る部品１１のサイズよりもはるかに大きくなるであろうが（中心に穴を有し得る部品を除いて）、回転式粉体層２６のサイズは、同じ最大サイズを印刷できる長方形の粉体床２６に必要なサイズよりもそれほど大きくない。これは、回転方式のフットプリントが固定されているのに対し、粉体床の直線移動では、単一軸に沿って走査するために、露光領域のすべての側にスペースが必要とされるためである。
【００９８】
本明細書で提供されるように、特定の実施形態において、本実施形態の利点の非排他的な例である、本明細書で提供される回転式粉体床２６システムは、主に１つの可動部、すなわち粉体床２６のみを必要とし、その他すべて（予熱装置１６、粉体供給装置１８、測定装置２０、照射装置２２）はすべて固定されており、システム全体が単純化している。また、回転式粉体床２６システムは、すべてのステップが逐次ではなく並列に実行されるため、スループットがはるかに高くなる。
【００９９】
なお、図１Ａおよび１Ｂに示される加工機１０は、（ｉ）粉体床２６がＺ軸周りに回転し、Ｚ軸に沿って移動して所望の高さ３３を維持するか、または、（ｉｉ）粉体床２６がＺ軸周りに回転し、構成要素ハウジング３２と上部アセンブリとがＺ軸に沿って移動して所望の高さ３３を維持するように設計されてもよい。特定の実施形態において、Ｚ移動を１つの構成要素に割り当て、回転を他の構成要素に割り当てることが理にかなっている場合がある。
【０１００】
図２は、物体１１を作成するための加工機２１０の他の実施形態の簡略側面図である。この実施形態において、３次元プリンタ２１０は、（ｉ）粉体床２２６、（ｉｉ）予熱装置２１６（ボックスで示される）、（ｉｉｉ）粉体堆積器２１８（ボックスで示される）、（ｉｖ）測定装置２２０（ボックスで示される）、（ｖ）照射装置２２２（ボックスで示される）、（ｖｉ）冷却装置２３１、および（ｖｉｉ）上記の対応する構成要素にいくらか類似している制御システム２２４を含む。しかし、この実施形態において、粉体床アセンブリ２１４の粉体床２２６は静止しており、加工機２１０は、粉体床２２６に対して、予熱装置２１６、粉体堆積器２１８、測定装置２２０、照射装置２２２、および冷却装置２３１を備えた構成要素ハウジング２３２を移動させるハウジング移動器２３４を含む。
【０１０１】
非排他的な例として、ハウジング移動器２３４は、予熱装置２１６、粉体堆積器２１８、測定装置２２０、照射装置２２２、および冷却装置２３１（まとめて「上部アセンブリ」）を備えた構成要素ハウジング２３２を、回転軸２３６（例えば、Ｚ軸）の周りの一定または可変の速度で回転させてもよい。追加的または代替的に、ハウジング移動器２３４は、予熱装置２１６、粉体堆積器２１８、測定装置２２０、照射装置２２２、および冷却装置２３１を備えた構成要素ハウジング２３２を、回転軸２３６に沿って段階状に移動させてもよい。
【０１０２】
なお、図２の加工機２１０は、（ｉ）上部アセンブリがＺ軸周りに回転し、Ｚ軸に沿って移動してハウジング移動器２３４で所望の高さ２３３を維持するか、または（ｉｉ）上部アセンブリがＺ軸周りに回転し、粉体床２２６がＺ軸に沿って装置移動器２２８のみで移動されて所望の高さ２３３を維持するように設計されていてもよい。特定の実施形態において、Ｚ移動を１つの構成要素に割り当て、回転を他の構成要素に割り当てることが理にかなっている場合がある。ハウジング移動器２３４および／または装置移動器２３８は、第１移動器または第２移動器と呼ばれることがある。
【０１０３】
図３は、加工機３１０の他の実施形態の簡略上面図である。この実施形態において、加工機３１０は、複数の物体３１１を実質的に同時に作成するように設計される。同時に作成することができる物体３１１の数は、物体３１１の種類および加工機３１０の設計に従って変化し得る。図３に示される非排他的な実施形態において、６つの物体３１１が同時に作成される。代替的に、６より多いかまたは６より少ない物体３１１が同時に作成されてもよい。
【０１０４】
図３に示す実施形態では、各物体３１１は同じ設計である。代替的に、例えば、加工機３１０は、１つ以上の異なる種類の物体３１１が同時に作成されるように制御されてもよい。
【０１０５】
図３に示す実施形態では、３次元プリンタ３１０は、（ｉ）粉体床３２６、（ｉｉ）予熱装置３１６（想像線で示される）、（ｉｉｉ）粉体堆積器３１８（想像線で示される）、（ｉｖ）測定装置３２０（想像線で示される）、（ｖ）照射装置３２２（想像線で示される）、および（ｖｉｉ）上記の対応する構成要素にいくらか類似する制御システム３２４を含む。しかし、この実施形態において、粉体床３２６は、支持面３２６Ｂと、支持面３２６Ｂによって支持される複数の離間した造形チャンバ３２６Ｅ（例えば、６つ）を含んでもよい。この実施形態において、各造形チャンバ３２６Ｅは、作成されるそれぞれの別個の部品３１１に対して側壁３２６Ｇを有する別個の支持領域３２６Ｆを規定する。さらに、この実施形態において、別個の造形チャンバ３２６Ｅは、大きな共通の支持面３２６Ｂ上に配置される。さらに、複数の造形チャンバ３２６Ｅは、移動方向３２５に沿って配置されてもよい。
【０１０６】
図３では、単一の部品３１１が各造形チャンバ３２６Ｅで作成される。代替的に、複数の部品３１１が、各造形チャンバ３２６Ｅで作成されてもよい。同様に、図１の設計でも、複数の部品１１が実質的に同時に支持装置２６に造形され得る。
【０１０７】
さらに代替として、粉体床３２６の支持面３２６Ｂは、複数の支持領域３２６Ｆを含むように分割されてもよく、各支持領域３２６Ｆは、別個の物体３１１を支持する。この設計では、支持領域３２６Ｆは、互いに隣接し、共通の粉体床３２６上で物理的に離間されるだけである（そして壁で離間されない）。この設計では、複数の支持領域３２６Ｆも移動方向３２５に沿って配置されている。
【０１０８】
一実施形態において、３次元プリンタ３１０は、予熱装置３１６、粉体堆積器３１８、測定装置３２０、および照射装置３２２に対して、粉体床３２６が（例えば、実質的に一定の速度で）回転するように設計されていてもよい。この実施形態において、金属部品３１１の大量３次元プリントのための実用的で低コストの３次元プリンタ３１０を構築する問題は、複数の支持領域３２６Ｆを支持する回転式粉体床３２６を提供することによって解決される。
【０１０９】
代替的に、３次元プリンタ３１０は、粉体床３２６および複数の支持領域３２６Ｆに対して、予熱装置３１６、粉体堆積器３１８、測定装置３２０、および照射装置３２２を（例えば、実質的に一定の速度で）回転させるように設計されてもよい。
【０１１０】
なお、この実施形態において、照射装置３２２は、照射軸３２２Ｂに沿って配置された複数の（例えば３つの）別個の照射エネルギー源３２２Ｃを含む。この実施形態において、各エネルギー源３２２Ｃは、別個の照射ビーム（図示せず）を生成する。代替の実施形態では、エネルギー源３２２Ｃは、レーザーまたは電子ビームであってもよい。示される実施形態において、３つのエネルギー源３２２Ｃは、それらが一緒になって各支持領域３２６Ｆの全幅を覆うことができるように一列に配置される。露光領域は、所望の造形容積の全半径寸法を覆うので、必要な造形容積におけるすべての各点には、エネルギービームのうちの少なくとも１つが到達することができる。スループットの低下が許容される代替的な実施形態では、単一のエネルギー源３２２Ｃを用いて、回転軸と交差する照射軸３２２Ｂに沿って半径方向（掃引）方向にビームを操縦することができる。別の代替的な実施形態では、所望の部品半径を覆うのに十分なビーム偏向幅を有する単一のエネルギー源３２２Ｃが、造形容積内のすべての点を露光させることができる。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、各造形チャンバ３２６Ｅについて、側壁３２６Ｇは、垂直に移動することができる「エレベータプラットフォーム」（支持領域３２６Ｆ）を取り囲む。製造は、側壁３２６Ｇの上部近くに配置されたエレベータ（支持領域３２６）から開始される。粉体堆積器３１８は、粉体堆積器３１８の下に移動（回転）するときに、好ましくは金属粉体の薄い層を各造形チャンバ３２６Ｅに堆積する。適切な時点で、各造形チャンバ３２６Ｅのエレベータプラットフォーム（支持領域３２６Ｆ）は、粉体の次の層が適切に分散されるように、１層の厚さだけステップダウンする。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、造形チャンバ３２６Ｅの側壁３２６Ｇの間に実質的に平坦な表面（図示せず）が設けられて、不要な粉体が壁３２６Ｇの外側に落下するのを防止する。代替的な実施形態において、粉体堆積器３１８は、実質的にすべての粉体が造形チャンバ３２６Ｅ内に堆積されるように、粉体分布が適切なときに開始および停止することを可能にする特徴を含む。
【０１１３】
造形チャンバ３２６Ｅが満杯になり、部品３１１が完全に造形されると、支持面３２６Ｂが一時的に停止し、ロボットが満杯のチャンバ３２６Ｅを空のものと交換することができる。満杯のチャンバ３２６Ｅは、空のチャンバ３２６Ｅで新しい部品３１１の製造が開始されている間、新しい部品３１１の制御されたアニーリングまたは漸進的な冷却のために、異なる場所に移動されてもよい。特定の用途の要件に応じて、すべての造形チャンバ３２６Ｅは同時に「サイクル」されてもよく、または、サイクルは、実質的に等間隔の時間にずらされてもよい。
【０１１４】
一実施形態では、別個の造形チャンバ３２６Ｅは、部品（３１１）が制御されながらゆっくりと冷却されることができる回転ターンテーブルと補助チャンバとの間で（潜在的にエアロックを介して）ロボットによって移動されてもよく、それらは、大気に放出されてもよく、および／またはそれらは、後続の製造処理のために空の造形チャンバ３２６Ｅと交換されてもよい。
【０１１５】
各造形チャンバ３２６Ｅの形状は、正方形、長方形、円筒形、台形、または環状の扇形であってもよい。
【０１１６】
図３に示す設計では、３次元プリンタ３１０は前後の動きを必要としないので、スループットが最大化され、多くの部品３１１が別個の造形チャンバ３２６Ｅで並行して造形されることができる。
【０１１７】
図４は、加工機４１０のまた他の実施形態の一部の簡略上面図である。この実施形態において、加工機４１０は、（ｉ）粉体床４２６、（ｉｉ）粉体堆積器４１８、および（ｉｉｉ）上述の対応する構成要素にいくらか類似している照射装置４２２を含む。なお、加工機４１０は、明確にするために図４から省略されている予熱装置、測定装置、冷却装置、および制御システムを含んでもよい。粉体堆積器４１８、照射装置４２２、予熱装置、冷却装置、および測定装置は、まとめて上部アセンブリと呼ばれることがある。
【０１１８】
この実施形態において、１つ以上の金属部品４１１（ボックスで示される）の３次元プリントのための実用的で低コストの３次元プリンタ４１０を構築する問題は、回転式粉体床４２６を提供することによって解決され、粉体堆積器４１８は、粉体床４２６がＺ軸に平行な回転軸４２６Ｄ周りを移動方向４２５に回転するとき、粉体床４２６を横切って直線的に移動する。部品４１１は、円筒形状の粉体床４２６に組み込まれる。
【０１１９】
一実施形態において、粉体床４２６は、回転軸４２６Ｄに沿って垂直に（例えば、Ｚ軸に平行に）移動することができるエレベータプラットフォームを有する支持面４２６Ｂと、「エレベータプラットフォーム」を取り囲む円筒形側壁４２６Ｃとを含む。この設計では、製造は、側壁４２６Ｃの上部近くに配置された支持面４２６Ｂ（エレベータ）から開始される。粉体堆積器４１８は、粉体床４２６を横切って移動し、支持面４２６Ｂ全体に薄い粉体層を広げる。
【０１２０】
図４では、照射装置４２２は、粉体を融合させて部品４１１を形成するように照射ビーム４２２Ｄに方向付ける。この実施形態において、照射装置４２２は、照射軸４２２Ｂに沿って配置された複数の（例えば３つの）別個の照射エネルギー源４２２Ｃ（それぞれ黒丸で示される）を含む。この実施形態において、各エネルギー源４２２Ｃは、別個の照射ビーム４２２Ｄ（破線の円で示される）を生成する。示される実施形態では、３つのエネルギー源４２２Ｃが、照射軸４２２Ｂに沿って（回転軸４２６Ｄを横切って）、それらが一緒になって少なくとも支持面４２６Ｂの半径を覆うことができるように一列に配置される。さらに、３つのエネルギー源４２２Ｃは、この実施形態において互いに実質的に接しており、照射ビーム４２２Ｄは重なり合っている。照射ビーム４２２Ｄは、粉体床４２６の全半径を覆うので、粉体床４２６におけるすべての各点には、照射ビーム４２２Ｄのうちの少なくとも１つが到達することができる。これは、粉体床４２６の回転の中心での露光「盲点」を防止する。
【０１２１】
スループットの低下が許容される代替的な実施形態では、単一のエネルギー源を用いて、半径方向に操縦されるビームを半径方向に振ることができる。この実施形態において、ビームは、回転軸４２６Ｄを横切り、移動方向と交差する照射軸４２２Ｂに平行に走査される。別の代替的な実施形態では、所望の部品半径を覆うのに十分なビーム偏向幅を有する単一のエネルギー源が、造形容積内のすべての点を露光させることができる。
【０１２２】
粉体堆積器４１８は、粉体を粉体床４２６の上部全体に分配する。この実施形態において、粉体堆積器４１８は、粉体散布器４１９Ａと、粉体散布器４１９Ａを粉体床４２６に対して横方向に直線的に移動させる粉体移動器アセンブリ４１９Ｂとを含む。
【０１２３】
この実施形態において、粉体散布器４１９Ａは、粉体を粉体床４２６上に堆積させる。いくつかの実施形態では、粉体散布器４１９Ａは、粉体が円筒形粉体床４２６の外側に落下するのを最小化または防止するために、粉体分配領域の幅を制御する特徴を備える。他の実施形態では、側壁４２６Ｃは、粉体散布領域の角に延びるフランジを含むことができ、フランジは、過剰な粉体が円筒形粉体床４２６の外側に散布するのを防止する。
【０１２４】
粉体移動器アセンブリ４１９Ｂは、粉体床４２６と粉体堆積器４１８とが回転軸４２６Ｄ周りを一緒に回転している間、粉体散布器４１９Ａを粉体床４２６に対して直線的に移動させる。一実施形態において、粉体移動器アセンブリ４１９Ｂは、粉体散布器４１９ＡをＹ軸に沿って、回転軸４２６Ｄおよび粉体床４２６に対して横方向（垂直）に移動させる、一対の離間したアクチュエータ４１９Ｃ（例えば、線形アクチュエータ）と、一対の離間した線形ガイド４１９Ｄ（想像線で示される）とを含む。粉体散布器４１９Ａは、粉体床４２６を横切って、図４の上部の点線で示される空の「駐車スペース」４１９Ｃに移動されてもよい。
【０１２５】
粉体散布器４１９Ａが回転システムの反対側に駐車された後、照射装置４２２は、適切な粉体を選択的に溶融または融解させて固体部品４１１にするために、通電されてもよい。
【０１２６】
さらに他の実施形態において、粉体床４２６は長方形であり、より大きな体積の粉体を保持することができるが、最大部分体積は、長方形の粉体床４２６内の円筒形体積に制限される。
【０１２７】
この設計では、粉体床４２６が照射装置４２２に対して回転するため、加速時間や減速時間を必要とせず、部品体積のすべての各点に到達することができる。この機能により、従来のシステムよりもスループットが大幅に向上する。走査する部分は、質量が比較的小さい粉体散布器４１９Ａのみであるので、高いスループットを維持するために、高い加速度を用いることができる。
【０１２８】
さらに、粉体散布器４１９Ａは粉体床４２６に対して直線的に移動するので、粉体は平坦で薄い層に容易に分配されることができる。これにより、回転中心での粉体の過剰または不足が回避されます。
【０１２９】
他の実施形態において、加工機４１０は、（ｉ）２つ以上の照射装置４２２および２つ以上の露光領域（照射ゾーン）を含んでもよく、および／または、（ｉｉ）スループットを向上させるために、粉体床４２６上で複数の部品４１１が一度に作成されてもよい。例えば、加工機４１０は、２つの露光領域を規定する２つの照射装置４２２、または３つの露光領域を規定する３つの照射装置４２２を含んでもよい。
【０１３０】
特定の実施形態において、（ｉ）粉体床４２６および粉体堆積器全体４１８は、照射装置４２２、予熱装置、冷却装置、および／または測定装置に対して、実質的に一定の速度で回転軸４２６Ｄ周りに回転しており、および（ｉｉ）粉体散布操作中に、粉体堆積器４１８は、粉体床４２６に対して直線的に移動される。代替的に、（ｉ）粉体床４２６は、粉体堆積機４１８、照射装置４２２、予熱装置、冷却装置、および／または測定装置に対して、実質的に一定の速度で回転軸４２６Ｄ周りに回転しており、および（ｉｉ）粉体堆積器４１８は、粉体散布操作中に、照射装置４２２、予熱装置、冷却装置、および／または測定装置に対して直線的に移動される。
【０１３１】
また、さらに他の実施形態において、（ｉ）粉体床４２６は静止しており、（ｉｉ）照射装置４２２、予熱装置、冷却装置、および／または測定装置は、粉体床４２６に対して回転軸４２６Ｄ周りに回転され、および、（ｉｉｉ）粉体堆積器４１８は、粉体散布操作中に、静止粉体床４２６に対して、回転軸４２６Ｄを横切って直線的に移動する。
【０１３２】
特定の実施形態において、粉体床４２６または上部アセンブリは、印刷中にＺ軸に沿って連続的に移動されて、実質的に一定の高さを維持する。代替的に、粉体床４２６または上部アセンブリは、Ｚ軸に沿って段階的に移動されてもよい。他の代替例として、粉体床４２６または上部アセンブリは、次の印刷レベルまで徐々に下降されてもよい。
【０１３３】
粉体床４２６が静止しており、上部アセンブリが回転する実施形態は、以下の利点を有し得る。（ｉ）表面の溶融金属および乾燥粉体に対する遠心力、および、印刷面下方の粉体床の未使用粉体と処理進行中の部品とのあらゆる混合物に対する遠心力を排除する。（ｉｉ）粉体床のＺステップを除去することで、粉体／溶融金属／部品の凝集に何ら影響を受けなくなる。（ｉｉｉ）Ｚ移動制御には、大きくて成長している粉体層を使用するよりも、はるかに軽量で一定の質量の上部アセンブリを使用する方が簡単である。（ｉｖ）上部アセンブリは１回の完全な回転を完了した後、２０度の回転の間は何も実行せず、その後新しいレイヤーを開始する。これは、ステップポイントでの不連続性や冶金学的な差異を分散させ、平均化させる可能性がある。各レイヤーは２０度離れて開始され、たとえば、（ｖ）必要に応じて、粉体床への冷却システムの接続が容易になる。（ｖｉ）回転部品とＺ移動の制御の複雑さを軽減する。回転する粉体層は常に質量を増やしているが、安定した回転速度と安定したＺ移動（または均一なＺステップ距離）が必要なので、制御システムを調整する必要がある。（ｖｉｉ）回転上部アセンブリははるかに軽量で、質量がほぼ一定である（粉体の補充が連続的か定期的かによって異なる）。（ｖｉｉｉ）すべてが粉体床４２６の固定床に対して測定されるため、測定システムを単純化できる可能性がある。一実施形態において、回転式上部アセンブリで無線通信と電池を用いることができる。さらに、（コンデンサを介して）電力と粉体を補充するために、印刷が定期的に一時停止することができる。代替的に、一時停止によって造形の不連続が生じる場合は、連続印刷を実行し、連続誘導充電または別の非接触方式で電力を供給し、粉体ホッパーに継続的に補充することができる。
【０１３４】
上記のように、一実施形態において、粉体床４２６は、回転軸４２６Ｄに沿って移動し、上部アセンブリは、一定の角速度で回転軸４２６Ｄ周りに回転する。粉体床４２６が一定の速度で回転軸４２６Ｄに沿って移動される場合、粉体床４２６と上部アセンブリとの間の相対移動は、スパイラル形状（すなわち、螺旋状）になる。一実施形態において、部品４１１の平坦な表面は、粉体床４２６の軌道と一致するように傾斜していてもよく、または回転軸４２６Ｄは、部品４１１の露光面が依然として平面であるように、Ｚ軸に対してわずかに傾斜していてもよい。
【０１３５】
一実施形態において、粉体堆積器４１８は、粉体を粉体床４２６に連続的に供給するように設計される。この実施形態において、粉体堆積器４１８は、回転軸４２６Ｄ（中央ゾーン）を覆う回転上部アセンブリ上のファンネルを備えた粉体ホッパー（図示せず）、ファンネル上で直接終端する非回転フィーダー（図示せず）（例えば、スクリュードライブ、コンベヤーベルトなど）を含んでもよい。他の構成要素が必要なために中央ゾーンが利用できない場合は、ドーナツ型のファンネルは、固定された軸外フィーダー点の下の環状開口部に常に少なくとも１つの点を有する。これらの実施形態の両方では、大きくて重い粉体供給機構を静止させ、粉体を回転上部アセンブリに供給することが有利である。
【０１３６】
照射ビーム４２２Ｄの各列の「溶融ゾーン」がほぼ線形である場合、螺旋状表面のわずかに傾斜した放射状表面に整列させることができる。螺旋状表面が平面でなくても放射状の線分が十分にまっすぐであれば問題にならない。一部の実施形態では、粉体層の厚さが部品サイズ、粉体床サイズ、およびエネルギービーム焦点深度に比べて小さいため、螺旋状粉体表面を「ほぼ平坦」であるとして扱うことができる。
【０１３７】
図５は、３次元部品５１１を形成するための加工機５１０のまた他の実施形態の一部の簡略上面図である。この実施形態において、加工機５１０は、（ｉ）粉体床５２６、（ｉｉ）粉体堆積器５１８、（ｉｉｉ）上述の対応する構成要素にいくらか類似している照射装置５２２を含む。なお、加工機５１０は、明確にするために図５から省略されている予熱装置、冷却装置、測定装置、および制御システムを含んでもよい。粉体堆積器５１８、照射装置５２２、予熱装置、冷却装置、および測定装置は、まとめて上部アセンブリと呼ばれることがある。
【０１３８】
図５に示される実施形態では、粉体床５２６は、大きな支持プラットフォーム５２７Ａと、支持プラットフォーム５２７Ａ上に配置された１つ以上の造形チャンバ５２７Ｂ（１つのみを図示）とを含む。一実施形態において、支持プラットフォーム５２７Ａは、各部品５１１が造形されている間、各造形チャンバ５２７Ｂを保持および支持する。例えば、支持プラットフォーム５２７Ａは、円盤形状または長方形形状であってもよい。
【０１３９】
図５において、造形チャンバ５２７Ｂは、所望の部品形状に従って選択的に融解または溶融される金属粉体を含む。造形チャンバ５２７Ｂのサイズ、形状、および設計は、変化されてもよい。図５では、造形チャンバ５２７Ｂは、概して環状であり、（ｉ）管状のチャンバ内壁５２７Ｃ、（ｉｉ）管状のチャンバ外壁５２７Ｄ、および（ｉｉｉ）チャンバ壁５２７Ｃと５２７Ｄとの間に延びる環状円盤形状の支持面５２７Ｅを含む。
【０１４０】
この実施形態において、支持面５２７Ｅは、チャンバ壁５２７Ｃ、５２７Ｄに対して垂直に移動することができる環状「エレベータプラットフォーム」として機能することができる。特定の実施形態において、製造は、チャンバ壁５２７Ｃ、５２７Ｄの上部近くに配置されたエレベータ５２７Ｅから開始される。粉体堆積器５１８は、造形チャンバ５２７Ｂと粉体堆積器５１８との間の相対移動中に、好ましくは金属粉体の薄い層を造形チャンバ５２７Ｂに堆積する。部品５１１の製造中、エレベータ支持面５２７Ｅはゆっくりと下げられてもよいので、次の回転ごとに１層の厚さだけ下げられるため、次の粉体層が連続的に適切に分配されることができる。このように、部品を薄い平行な平面層のスタックとして造形する代わり、部品は、連続して何回も螺旋を描く螺旋状の層で造形される。
【０１４１】
図５に示す実施形態では、支持プラットフォーム５２７Ａおよび造形チャンバ５２７Ｂは、少なくとも相対的に製造処理中に移動器（図示せず）を用いて実質的に一定の速度で回転方向５２５に回転軸５２６Ｄ周りに回転することができる。代替的に、上部アセンブリの少なくとも一部は、支持プラットフォーム５２７Ａおよび造形チャンバ５２７Ｂに対して回転されてもよい。さらに、下降するエレベータプラットフォームを含む支持面５２７Ｅの代わりに、支持プラットフォーム５２７Ａは、製造中に回転軸５２６Ｄに沿って下向きに移動するように制御され得、および／または上部アセンブリは、製造中に回転軸５２６Ｄに沿って上方に移動するように制御され得る。
【０１４２】
現在の設計では、金属部品５１１の大量３Ｄ印刷用の実用的で低コストの３次元プリンタ５１０を構築する問題は、無数の小さな部品５１１、または環状領域に適合する個々の大きな部品の連続堆積に適した大きな環状造形チャンバ５２７Ｂを支持する回転ターンテーブル５２７Ａを提供することによって解決される。
【０１４３】
図５において、照射装置５２２は、照射軸５２２Ｂに沿って配置された複数の（例えば３つの）別個の照射エネルギー源５２２Ｃ（それぞれ円で示される）を含む。この実施形態において、３つのエネルギー源５２２Ｃは、それらが一緒になって造形チャンバ５２７Ｂの半径方向の幅全体を覆うことができるように、照射軸５２２Ｂに沿って一列に配置される。露光領域は、所望の造形体積の全半径寸法を覆うので、必要な造形体積におけるすべての各点には、照射ビームのうちの少なくとも１つが到達することができる。代替的に、単一の照射エネルギー源５２２Ｃが、走査照射ビームと共に用いられてもよい。
【０１４４】
本明細書で提供されるように、この加工機５１０は、前後運動（ターン運動なし）を必要としないので、スループットを最大化することができる。多くの部品５１１は、造形チャンバ５２７Ｂ内で並列に造形されてもよい。環状形状内に適合する非常に大きな部品を製造することができる。中央の穴のある大きくて丸い部品を必要とする応用例が多いため、この機能は一部の応用例（ジェットエンジンなど）に役立つ可能性がある。
【０１４５】
図６は、加工機６１０のさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。この実施形態において、加工機６１０は、（ｉ）粉体６１１を支持する粉体床６２６、および（ｉｉ）照射装置６２２を含む。なお、加工機６１０は、明確にするために図６から省略されている粉体堆積器、予熱装置、冷却装置、測定装置、および制御システムを含んでもよい。粉体堆積器、照射装置６２２、予熱装置、冷却装置、および測定装置は、まとめて上部アセンブリと呼ばれることがある。
【０１４６】
この実施形態において、照射装置６２２は、照射エネルギービーム６２２Ｄを生成して、後続の各粉体層６１３の粉体６１１を選択的に加熱して部品を形成する。図６の実施形態では、エネルギービーム６２２Ｄは、円錐形状の作業空間の任意の方向に選択的に向けられてもよい。図６では、エネルギービーム６２２Ｄの３つの可能な方向が３つの矢印で表されている。
【０１４７】
追加的に、図６において、粉体床６２６の支持面６２６Ｂは、凹状の湾曲形状を有するように独自に設計されている。その結果、各粉体層６１３は湾曲形状を有することになる。
【０１４８】
本明細書で提供されるように、平面粉体表面で大きな角度にわたってエネルギービーム６２２Ｄを走査すると、偏向中心から粉体までの距離が偏向角の余弦で変化するため、焦点誤差が発生することになる。焦点誤差を回避するために、図６に示すシステムでは、支持面６２６Ｂおよび各粉体層６１３は、エネルギービーム６２２Ｄの偏向の中心６２３に球の中心を有する球形状を有する。その結果、エネルギービーム６２２Ｄは、粉体６１１の球面上のすべての点において適切に集束され、エネルギービーム６２２Ｄは、粉体層６１３で一定のビームスポット形状を有する。図６では、粉体６１１は、ビーム偏向中心６２３を中心とする凹状支持面６２６Ｂ上に散在する。図６に示されるような単一の照射エネルギー源を有する加工機６１０の場合、粉体６１１は、単一の凹状支持面６２６Ｂの上に広げられてもよい。複数の照射エネルギー源を有する６１０である場合、粉体６１１は、それぞれのエネルギー源の偏向中心６２３を中心とする複数の湾曲面上に散在されてもよい。
【０１４９】
図面の手前／奥方向への粉体床６２６（または列）の線形走査を用いる加工機６１０の代替的な実施形態の場合、湾曲した支持面６２６Ｂは、円筒形の形状である。代替的に、粉体床６２６が回転軸の周りを回転する実施形態の場合、湾曲面支持面６２６Ｂは、球形状を有するように設計される。
【０１５０】
これらの実施形態において、湾曲した支持面６２６Ｂのサイズおよび形状は、（ｉ）上部粉体層６１３でのエネルギービーム６２２Ｄのビーム偏向、および（ｉｉ）エネルギービーム６２２Ｄと粉体層６１３との間の種類または相対移動に、対応するように設計される。換言すれば、湾曲した支持面６２６Ｂのサイズおよび形状は、エネルギービーム６２２Ｄと粉体層６１３との間の相対移動中にエネルギービーム６２２Ｄが上部粉体層６１３に対して実質的に一定の焦点距離を有するように設計される。本明細書で使用する場合、「実質的に一定の焦点距離」という用語は、焦点距離の変化が５パーセント未満であることを意味する。代替的な実施形態において、「実質的に一定の焦点距離」という用語は、焦点距離の変化が１０、５、４、３、２、１％以下であることを意味する。
【０１５１】
図６において、大きなビーム偏向角によって引き起こされる焦点変動を伴う３次元プリンタ６１０を構築する問題は、照射エネルギービーム６２２Ｄの一定の焦点距離を維持する少なくとも１つの円筒形または球形の椀形状の支持面６２６Ｂを提供することによって解決される。換言すれば、図６の実施形態は、非平坦な（例えば、湾曲した）支持面を含む支持装置と、支持装置に粉体を供給し、湾曲した粉体層を形成する粉体供給装置と、湾曲した粉体層を照射する照射装置とを含む。この状況では、照射装置は、少なくとも掃引方向を含む掃引平面（図６の紙面）でエネルギービームを掃引する。また、湾曲した支持面は、掃引平面における曲率を有する。非平坦支持面は、多角形（互いに交差する複数の直線からなる形状）の一部であってもよい。
【０１５２】
図７Ａは、加工機７１０のさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。この実施形態において、加工機７１０は、（ｉ）粉体７１１を支持する粉体床７２６、および（ｉｉ）照射装置７２２を含む。なお、加工機７１０は、明確にするために図７Ａから省略されている粉体堆積器、予熱装置、冷却装置、測定装置、および制御システムを含んでもよい。粉体堆積器、照射装置７２２、予熱装置、および測定装置は、まとめて上部アセンブリと呼ばれることがある。
【０１５３】
この実施形態において、照射装置７２２は、複数の（例えば３つの）照射エネルギー源７２２Ｃを含み、各照射エネルギー源７２２Ｃは、後続の各粉体層７１３の粉体７１１を選択的に加熱して部品を形成することために操縦（走査）することができる別個の照射エネルギービーム７２２Ｄを生成する。図７Ａでは、各エネルギービーム７２２Ｄは、各エネルギー原７２２Ｃから発散する円錐形状の作業空間全体にわたって制御可能に操縦され得る。図７では、各エネルギービーム７２２Ｄの可能な方向がそれぞれ３つの矢印で表される。
【０１５４】
図７Ａにおいて、粉体床７２６の支持面７２６Ｂは、３つの凹状湾曲形状領域７２６Ｅを有するように独自に設計されている。換言すれば、支持面７２６Ｂは、各照射エネルギー源７２２Ｃに対して別個の湾曲形状領域７２６Ｅを含む。その結果、各粉体層７１３は、くぼみのある湾曲形状を有することになる。
【０１５５】
上述のように、粉体７１１の表面が平面である場合、偏向中心から粉体７１１までの距離が偏向角度の余弦で変化するため、各エネルギービーム７２２Ｄを大きな角度にわたって走査すると、焦点誤差が生じる。しかし、図７に示される実施形態では、粉体７１１は３つの切れ目がある湾曲した支持面７２６Ｂ上に散布され、各エネルギービーム７２２Ｄの偏向中心と粉体７１１の表面との間の距離は一定であるので、重大な焦点誤差は生じない。
【０１５６】
粉体支持面７２６Ｂが前述の実施形態と同様に回転しているシステムなどの特定の実施形態において、単一の湾曲した球面全体に粉体を分散させることがより実用的である場合がある。この場合、各エネルギービーム７２２Ｄを提供する列は、各エネルギービーム７２２Ｄの焦点面と粉体表面をより密接に整列させるために、互いに垂直方向にオフセットされてもよい。換言すれば、粉体７１１の表面の形状は、各エネルギービーム７２２Ｄの焦点距離に対して正確に一致しないが、最適な焦点からの偏差は、各エネルギービーム７２２Ｄの焦点深度に対して十分に小さく、適切な部品形状が粉体７１１に形成されることができる。
【０１５７】
図７Ａに示される加工機７１０は、線形走査粉体床７２６、または回転式粉体床７２６と共に使用されてもよい。回転システムの場合、複数の列をその直径ではなく、粉体床７２６の半径全体に分散させることが好ましい場合がある。この場合、粉体床の回転軸は、図の右端にある。
【０１５８】
これらの実施形態において、湾曲した支持領域７２６Ｅのサイズおよび形状は、（ｉ）上部粉体層７１３での各エネルギービーム７２２Ｄのビーム偏向、および（ｉｉ）エネルギービーム７２２Ｄと粉体層７１３との間の相対移動の種類、に対応するように設計される。換言すれば、各湾曲した支持領域７２６Ｅのサイズおよび形状は、エネルギービーム７２２Ｄと粉体層７１３との間の相対移動中にエネルギービーム７２２Ｄが上部粉体層７１３で実質的に一定の焦点距離を有するように設計される。さらに別の言い方をすれば、支持領域７２６Ｅの形状、およびエネルギービーム７２２Ｄの位置は、支持領域７２６Ｅとエネルギービーム７２２Ｄとの間の相対移動の種類に関連するので、エネルギービーム７２２Ｄは、上部粉体層７１３で実質的に一定の焦点距離を有する。
【０１５９】
例えば、図７Ｂは、湾曲した支持領域７２６Ｅが直線列に形づくられている支持床７２６の上面図である。この実施形態において、粉体床７２６と（図７Ａに示される）照射装置７２２との間に、実質的に一定の焦点距離を維持しながら、移動軸７２５に沿った直線相対移動がある。（図７Ａに示される）各ビーム７２２Ｄの掃引（走査）方向７２３は、図７Ｂにおいて両方向矢印で示される。
【０１６０】
代替的に、例えば、図７Ｃは、湾曲した支持領域７２６Ｅが環状列に形づくられている支持床７２６の上面図である。この実施形態において、粉体床７２６と（図７Ａに示される）照射装置７２２との間に、実質的に一定の焦点距離を維持しながら、移動軸７２５に沿った回転相対移動がある。（図７Ａに示される）各ビーム７２２Ｄの掃引（走査）方向７２３は、図７Ｃにおいて両方向矢印で示される。
【０１６１】
本明細書で提供されるように、一定の焦点距離を維持することは、収差およびビームスポットサイズを制御することにより、部品品質を改善するであろう。
【０１６２】
図７Ａを再び参照すると、この実施形態において、（ｉ）粉体床７２６は、非平坦な支持領域（支持面）７２６Ｅを有し、（ｉｉ）粉体供給装置（図７Ａには図示せず）は、粉体７１１を粉体層７１６に供給して湾曲した粉体層７１３を形成し、（ｉｉｉ）照射装置７２２は、層７１３にエネルギービーム７２２Ｄを照射して、粉体層７１３から造形部品（図７Ａには図示せず）を形成する。この実施形態において、非平坦支持面７２６Ｅは、曲率を有することができる。さらに、照射装置７２２は、エネルギービーム７２２Ｄを掃引方向７２３に沿って前後に掃引することができ、湾曲した支持面７２６Ｅは、エネルギービーム７２２Ｄが通過する平面に曲率を有する。
【０１６３】
図８は、加工機８１０のさらに他の実施形態の一部の簡略側面図である。この実施形態において、加工機８１０は、（ｉ）粉体８１１を支持する粉体床８２６、および（ｉｉ）上記で説明され、図７Ａに示される対応する構成要素にいくらか類似している照射装置８２２を含む。なお、加工機８１０は、明確にするために図８から省略されている粉体堆積器、予熱装置、冷却装置、測定装置を含んでもよい。粉体堆積器、照射装置８２２、予熱装置、および測定装置は、まとめて上部アセンブリと呼ばれることがある。
【０１６４】
この実施形態において、照射装置８２２は、複数の（例えば３つの）照射エネルギー源８２２Ｃを含み、各照射エネルギー源８２２Ｃは、後続の各粉体層８１３の粉体８１１を選択的に加熱して部品を形成するために操縦（走査）することができる別個の照射エネルギービーム８２２Ｄを生成する。図８では、各エネルギービーム８２２Ｄは、各エネルギー原８２２Ｃから発散する円錐形状の作業空間全体にわたって制御可能に操縦され得る。図８では、各エネルギービーム８２２Ｄの可能な方向がそれぞれ３つの矢印で表される。
【０１６５】
図８では、粉体床８２６の支持面８２６Ｂは、大きな凹状湾曲面を有するように独自に設計されている。換言すれば、支持面８２６Ｂは湾曲した形状である。
【０１６６】
上述のように、粉体８１１の表面が平面である場合、偏向中心から粉体８１１までの距離が偏向角の余弦で変化するため、各エネルギービーム８２２Ｄを大きな角度にわたって走査すると、焦点誤差が生じる。しかし、図８に示される実施形態では、粉体８１１は湾曲した支持面７２６Ｂ上に散布され、照射エネルギー源８２２Ｃは互いに対して傾斜されるので、各エネルギービーム８２２Ｄの偏向中心と、粉体８１１の表面との間の距離は実質的に一定であるので、重大な焦点誤差は生じない。
【０１６７】
図８に示される実施形態では、粉体支持面８２６Ｂは、前述の実施形態と同様の方法で回転しており、粉体８１１は、単一の湾曲した球面８２６Ｂにわたって分配される。この場合、各エネルギービーム８２２Ｄを提供する列は、各エネルギービーム８２２Ｄの焦点面と粉体表面をより密接に整列するために、互いに垂直方向にオフセット（および角度付け）されてもよい。換言すれば、粉体８１１の表面の形状は、各エネルギービーム８２２Ｄの焦点距離に対して正確に一致しないが、最適な焦点からの偏差は、各エネルギービーム８２２Ｄの焦点深度に対して十分に小さく、適切な部品形状が粉体８１１に形成されることができる。
【０１６８】
図８に示される加工機８１０は、線形走査粉体床８２６または回転式粉体床８２６と共に使用されてもよい。これらの実施形態において、湾曲した支持面８２６Ｂのサイズおよび形状が設計され、照射エネルギー源８２２Ｃは、（ｉ）各エネルギービーム８２２Ｄが上部粉体層８１３で実質的に一定の焦点距離を有するようにし、かつ（ｉｉ）エネルギービーム８２２Ｄと粉体層８１３との間の相対移動の種類を一致させるように方向付けおよび配置される。換言すれば、支持領域８２６Ｅの形状、およびエネルギービーム８２２Ｄの位置は、支持領域８２６Ｅとエネルギービーム８２２Ｄとの間の相対移動の種類に関連するので、エネルギービーム８２２Ｄは、上部粉体層８１３で実質的に一定の焦点距離を有する。
【０１６９】
図９は、３次元部品９１１を作成するための加工機９１０のさらに他の実施形態の一部の簡略側面斜視図である。この実施形態において、加工機９１０は、（ｉ）３次元部品９１１を支持する材料床アセンブリ９１４、および（ｉｉ）材料堆積器９５０を含むワイヤフィード３次元プリンタである。
【０１７０】
図９では、材料床アセンブリ９１４は、材料床９２６と、支持回転軸９２６Ｄの周りで材料床９２６を回転させる装置移動器９２８とを含む。
【０１７１】
さらに、図９では、材料堆積器９５０は、（ｉ）照射エネルギービーム９５４を生成する照射装置９５２、および（ｉｉ）ワイヤ９５８の連続供給を提供するワイヤ源９５６を含む。この実施形態において、照射エネルギービーム９５４は、ワイヤ９５８を照射および溶融して、材料床９２６上に堆積されて部品９１１を作成する溶融材料９６０を形成する。
【０１７２】
本明細書で提供されるように、３次元プリントによって高精度回転対称部品９１１を造形する問題は、回転材料床９２６（造形プラットフォーム）、ワイヤ９５８を供給するワイヤ源９５６（ワイヤ送り機構）、およびワイヤ９５８を溶融するための照射エネルギービーム９５４を用いることによって解決される。
【０１７３】
一実施形態において、材料床９２６が回転軸９２６Ｄの周りに回転するとき、材料堆積器９５０は、溶融材料９６０を提供して部品９１１を形成することができる。さらに、材料堆積器９５０（照射装置９５２およびワイヤ源９５６）は、部品９１１を造形するために、回転する材料床９２６に対して堆積器移動器９６４に横方向に（例えば、矢印９６２に沿って）移動してもよい。さらに、材料床９２６および／または材料堆積器９５０は、材料堆積器９５０と部品９１１との間の所望の高さを維持するために、（例えば、移動器９２８、９６４のうちの１つによって）垂直に移動してもよい。
【０１７４】
代替的に、堆積器移動器９６４は、回転軸周りに材料堆積器９５０を回転させ、静止材料床９２６に対して回転軸に横方向に材料堆積器９５０を移動させるように設計されてもよい。また代替的に、堆積器移動器９６４は、材料床９２６に対して回転軸周りに材料堆積器９５０を回転させるように設計されてもよく、材料床９２６は、装置移動器９２８で回転軸に横方向に移動されてもよい。
【０１７５】
材料床９２６を回転させ、エネルギービーム９５４を用いてワイヤフィード９５８を溶融することで金属を堆積させることにより、円形の実質的に回転対称な部品９１１を造形することができる。基本的な操作は通常の金属切削旋盤に似ているが、「工具」が金属９６０を取り除く代わりに金属９６０を堆積させる点で異なる。
【０１７６】
当業者には、本実施形態の以下の詳細な説明は例示に過ぎず、決して限定を意図するものではないことが理解されるであろう。本実施形態の他の実施形態は、本開示によって利益を有した当業者にとっては容易に示唆されるであろう。添付の図面に示される本実施形態の実装を詳細に参照することができる。
【０１７７】
明確にするために、本明細書は、実装の日常的な機能のすべてを示し、説明しているわけではない。もちろん、そのような実際の実装の開発においては、出願関連の制約や商業関連の制約の遵守など、開発者固有の目標を達成するために、実装固有の多数の決定を順番に実行する必要があること、およびこれらの特定の目標は、実装ごとに、また開発者ごとに異なることが理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかる可能性があるが、それでも、本開示によって利益を受けた当業者にとっては、エンジニアリングの設計事項であることが理解されるであろう。
【図１Ａ】
2021508615.tif 000003
【図１Ｂ】
2021508615.tif 000004
【図２】
2021508615.tif 000005
【図３】
2021508615.tif 000006
【図４】
2021508615.tif 000007
【図５】
2021508615.tif 000008
【図６】
2021508615.tif 000009
【図７Ａ】
2021508615.tif 000010
【図７Ｂ】
2021508615.tif 000011
【図７Ｃ】
2021508615.tif 000012
【図８】
2021508615.tif 000013
【図９】
2021508615.tif 000014
【国際調査報告】
2021508615.tif 000015
2021508615.tif 000016