(57)【要約】  物体構築領域は、１つ若しくは複数の回折格子光バルブ、又は平面光バルブを通して処理及び制御されたレーザ光源などの、放射ビームに露光され、それにより、構築領域上の、結果として得られるＬＶ（光バルブ）印加出力アレイを、素早く移動及び位置決めして、個別に制御されるピクセルと同等のものに対応する、構築領域のあらかじめ決められた部分を、溶融、焼結、融合、又は硬化する。ＬＶ構成はまた、粉末床全体又は床の標的領域を、溶融温度のすぐ下まで全体的に加熱するようにも適合されている。
2021509094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築領域内の材料に作用する、凝固させる放射エネルギー源を使用して、積層造形によって物体を作るための装置であって、
ビーム源を平面ビームに拡大する、光学素子と、
前記平面ビームを受ける、少なくとも１つの回折格子光バルブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ：ＧＬＶ）と、
前記ＧＬＶによって生成されたビームを拡大するための、ビームエキスパンダと、
前記拡大されたビームを前記ビームエキスパンダから受けて、前記拡大されたビームを構築領域表面に搬送する、スキャンデバイスと、
前記構築領域を露光する前に、歪み補正のために、前記スキャンデバイスからの前記ビームを補正する、レンズと、
積層造形による物体の構築において、個別の層又はスライスを構成するあらかじめ決められた露光の詳細に従って、前記ＧＬＶ及び前記スキャンデバイスを動作させるための、コントローラと、
を含む、装置。
【請求項２】
前記コントローラは、システムを操作して、前記構築領域表面を、前記材料の凝固の温度よりも低い温度まで加熱するために、前記ＧＬＶを使用する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記システムは、粉末構築材料を使用する選択的レーザ溶融システムである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
構築領域内の材料に作用する、凝固させる放射エネルギー源を使用して、積層造形によって物体を作るための装置であって、
ビーム源を平面ビームに拡大する、光学素子と、
前記平面ビームを受ける、回折格子光バルブ（ＧＬＶ）又は平面光バルブ（ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ：ＰＬＶ）としての、少なくとも１つの光バルブと、
前記ＬＶ（光バルブ）によって生成されたビームを拡大するための、ビームエキスパンダと、
前記拡大されたビームを前記ビームエキスパンダから受けて、前記拡大されたビームを構築領域表面に向けて搬送する、スキャンデバイスと、
前記構築領域を露光する前に、歪み補正のために、前記スキャンデバイスからの前記ビームを、拡大された作業ビームとして補正する、レンズと、
積層造形による物体の構築において、個別の層又はスライスを構成するあらかじめ決められた露光の詳細に従って、前記光バルブ及び前記スキャンデバイスを動作させるための、コントローラであって、前記コントローラは、前記拡大された作業ビームが、前記スキャンデバイスによる単一のスイープで、前記構築領域表面の実質的に全体にわたって延ばされるモードで、動作させられる、コントローラと、
を含む、装置。
【請求項５】
前記コントローラは、システムを操作して、前記構築領域表面を、前記材料の凝固の温度よりも低い温度まで加熱するために、前記拡大された作業ビームを使用する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記システムは、粉末構築材料を使用する選択的レーザ溶融システムである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
長さ及び幅を有する構築領域内の材料に作用する、凝固させる放射エネルギー源を使用して、積層造形によって物体を作るための装置であって、
ビーム源を平面ビームに拡大する、光学素子と、
前記平面ビームを受ける、回折格子光バルブ（ＧＬＶ）又は平面光バルブ（ＰＬＶ）としての、少なくとも１つの光バルブと、
前記ＬＶ（光バルブ）によって生成されたビームを拡大するための、ビームエキスパンダと、
前記拡大されたビームを前記ビームエキスパンダから受けて、前記拡大されたビームを構築領域表面に向けて搬送する、スキャンデバイスと、
前記構築領域を露光する前に、歪み補正のために、前記スキャンデバイスからの前記ビームを、末端から末端までの長さを有する細長い拡大された作業ビームとして補正する、レンズと、
積層造形による物体の構築において、個別の層又はスライスを構成するあらかじめ決められた露光の詳細に従って、前記光バルブ及び前記スキャンデバイスを動作させるための、コントローラであって、前記コントローラは、モードであって、前記モードによって、前記拡大された作業ビームは、前記構築領域の前記長さの方向に沿ってスキャンされるが、しかし前記拡大された作業ビームの前記長さは、前記構築領域の前記幅よりも短く、したがって、前記拡大された作業ビームは、前記構築領域の前記長さの方向に沿った通路で、前記構築領域表面に当てられる、モードで、動作させられる、コントローラと、
を含む、装置。
【請求項８】
前記通路は、あるものから次のものへと隣接しており、層の構築において、前記構築領域表面の範囲を一緒に覆っている、請求項８に記載の装置。
【請求項９】
前記通路は、前記拡大された作業ビームが所望の長手方向の通路だけに沿って移動されるように、制御されることができ、それにより、層の構築において、前記構築領域表面の全体に満たない範囲を覆うことができる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記拡大された作業ビームを、ラスタ・スキャン・モードで動作させる、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記拡大された作業ビームを、ＴＶモードで動作させる、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記スキャンデバイスは、ｘ−ｙスキャナである、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
長さ及び幅を有する構築領域内の材料に作用する、凝固させる放射エネルギー源を使用して、積層造形によって物体を作る方法であって、
ビーム源を平面ビームに拡大する、光学素子を提供することと、
前記平面ビームを受ける、回折格子光バルブ（ＧＬＶ）又は平面光バルブ（ＰＬＶ）としての、少なくとも１つの光バルブを提供することと、
前記ＬＶ（光バルブ）によって生成されたビームを拡大するための、光学システムを提供することと、
前記拡大されたビームを前記光学システムから受けて、前記拡大されたビームを構築領域表面に向けて搬送する、スキャンデバイスを提供することと、
前記構築領域を露光する前に、歪み補正のために、前記スキャンデバイスからの前記ビームを、末端から末端までの長さを有する細長い拡大された作業ビームとして補正することと、
積層造形による物体の構築において、個別の層又はスライスを構成するあらかじめ決められた露光の詳細に従って、前記光バルブ及び前記スキャンデバイスを動作させることであって、前記動作させることによって、前記拡大された作業ビームは、前記構築領域の前記長さの方向に沿ってスキャンされるが、しかし前記拡大された作業ビームの前記長さは、前記構築領域の前記幅よりも短く、したがって、前記拡大された作業ビームは、前記構築領域の前記長さの方向に沿った通路で、前記構築領域表面に当てられる、動作させることと、
を含む、装置。
【請求項１４】
前記通路は、あるものから次のものへと隣接しており、層の構築において、前記構築領域表面の範囲を一緒に覆っている、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記通路は、前記拡大された作業ビームが所望の長手方向の通路だけに沿って移動されるように、制御されることができ、それにより、層の構築において、前記構築領域表面の全体に満たない範囲を覆うことができる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記拡大された作業ビームを、ラスタ・スキャン・モードで動作させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記拡大された作業ビームを、ＴＶモードで動作させる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体又は被加工物の連続的な層が、物体又は被加工物の、先に決定された連続的ないわゆる２次元の「スライス」に従って、粉末、流体又は他の流動性媒体から構築される、積層造形に関し、より詳細には、構築速度の大幅な増加のために構築領域全体にわたって素早くスキャンされることができる、改良された回折格子光バルブ及びエネルギービーム（例えば、レーザ）を使用するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ又は他のエネルギービームを使用して材料を溶融、融合、硬化、焼結、又はその他凝固して、物体又は被加工物（以下、単に物体と呼ばれる）を層状の態様で構築する、積層プロトタイピング又は積層造形の技術が、よく知られている。構築のプロセスを高速化して、それにより物体の構築に必要な時間を短縮する努力が、現場で継続されている。１つの標準的なアプローチでは、レーザビームなどのエネルギービームが、スポットサイズに集束され、かつ制御装置に従って構築領域上をスキャンするようにされる。この制御装置は、構築されている物体の、層又は「２次元の」スライスを再現するソフトウェアによって、駆動される。層は、硬化（例えば、液体ポリマー）、融合、溶融、焼結などによるように、続けて凝固されて接合される。もちろん、レーザビームのスキャン速度は、単一の焦点（１つのレーザが使用される場合）、及びスキャナの移動に影響を与える慣性力によって、制限される。したがって、物体を作るために、何時間もかかる可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一態様によれば、物体構築領域は、１つ又は複数の回折格子光バルブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ：ＧＬＶ）を通して処理及び制御されたレーザ光源などの、放射ビームに露光される。したがって、構築領域上の、結果として得られるＧＬＶ印加出力アレイを、素早く移動及び位置決めして、個別に制御されるピクセルと同等のものに対応する、構築領域のあらかじめ決められた部分を、溶融、焼結、融合、又は硬化することが可能である。概念的には、ＧＬＶは、レーザ光源を取り込んで、それを、個別に制御可能なスポット又はピクセルのアレイに変換する。次に、そのアレイは、構築領域表面を渡って線として移動されることができる。とりわけ、構築速度が大幅に増加し、かつ細かい細部が改善されるなどの利点がある。
【０００４】
本発明によるＧＬＶ構成の非常に重要な用途は、粉末床全体又は床の標的領域を、溶融温度のすぐ下まで全体的に加熱することである。この全体的な加熱は、当技術分野で周知のいくつかの理由から望ましい。しかし、別個の放射加熱器などの専用の床加熱要素を使用する代わりに、本発明を採用することができて、凝固に使用されるのと同じ構成要素を使用して床を加熱することができる。これは、構築をしていないときに線形ビームアレイの焦点をぼかすか、より密なビームで素早くスキャンすることによって行うことができる。ＧＬＶの使用によって全体的な加熱を制御することにより、部品構築のすぐ近くで、差異のある加熱を行うことも可能になる。
【０００５】
本発明のＧＬＶベースのシステムは、複数の既存のＧＬＶデバイスを使用することによって、又は大規模アレイＧＬＶを適合させることによって、スケーラブルになる。本明細書に開示されているＧＬＶと類似の方法で適合されている、平面光バルブ（ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ：ＰＬＶ）の使用もまた、熟慮される。ＰＬＶは、「１次元」のＧＬＶに対する２次元の同等のものであり、アクティブなチップ面積の増加によってより高い電力を送る能力を有しており、かつ位相変調器としても機能し得る。
【０００６】
本発明の一態様によれば、構築領域内の材料に作用する、凝固させる放射エネルギー源を使用して、積層造形によって物体を作るための装置は、ビーム源を平面ビームに拡大する、光学素子を、有する。当該平面ビームを受け取る、回折格子光バルブ（ＧＬＶ）又は平面光バルブ（ＰＬＶ）としての、少なくとも１つの光バルブ。当該ＬＶ（光バルブ）によって生成されたビームを拡大するための、ビームエキスパンダが、スキャンデバイスとともに、設けられてもよい。当該スキャンデバイスは、当該拡大されたビームを当該ビームエキスパンダから受けて、当該拡大されたビームを構築領域表面に向けて搬送する。
【０００７】
当該構築領域を露光する前に、歪み補正のために、当該スキャンデバイスからの当該ビームを、拡大された作業ビームとして補正するために、レンズ又はレンズアレイが、使用されてもよい（作業ビームとは、当該物体の層を構築するためにエネルギーを加える、当該構築領域表面の当該ビームを指し示すために使用される語である）。
【０００８】
コントローラは、積層造形による物体の構築において、個別の層又はスライスを構成するあらかじめ決められた露光の詳細に従って、当該光バルブ及び当該スキャンデバイスを動作させる。コントローラは、拡大された作業ビームが、スキャンデバイスによる単一のスイープで、構築領域表面の実質的に全体にわたって延ばされるモードで、動作させられてもよい。
【０００９】
本発明の一態様では、当該コントローラは、システムを操作して、当該構築領域表面を、当該材料の凝固の温度よりも低い温度まで加熱するために、当該拡大された作業ビームを使用する。
【００１０】
長さ及び幅を有する構築領域、及び末端から末端までの長さを有する細長い拡大された作業ビームとしての作業ビームを考えると、本発明の別の態様は、モードであって、当該モードによって、当該拡大された作業ビームは、当該構築領域の当該長さの方向に沿ってスキャンされるが、しかし当該拡大された作業ビームの当該長さは、当該構築領域の当該幅よりも短く、したがって、当該拡大された作業ビームは、当該構築領域の当該長さの方向に沿った通路で、当該構築領域表面に当てられる、モードで、動作させられる。当該通路は、あるものから次のものへと隣接していてもよく、層の構築において、当該構築領域表面の範囲を一緒に覆っていてもよい。又は、当該通路は、当該拡大された作業ビームが所望の長手方向の通路だけに沿って移動されるように、制御されることができ、それにより、層の構築において、当該構築領域表面の全体に満たない範囲を覆うことができる。前述のシステムは、ラスタ・スキャン・モードで動作させられてもよい。当該コントローラは、当該拡大された作業ビームを、ＴＶモードで動作させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様に従って作られた、積層造形のためにＧＬＶを使用する第１の実施形態アセンブリの、主要な構成要素の概略図である。
【図２】図１のアセンブリからのビームが、どのようにして、構築領域を渡ってスキャンされることができるかを示す図である。
【図３】構築領域のより広い作業部分のための、複数のＧＬＶデバイスの使用を示す図である。
【図４】第２の実施形態の概略斜視図であり、これは、ｘ−ｙスキャンガルバノメータを採用しているものである。
【図５】図４の実施形態の光学トレインの、いくらか斜視図で、概略的に表された図である。
【図６】図５のシステムの概略「上面」図である。
【図７】第１の実施形態の概念的な動作を表す図である。
【図８】第２の実施形態の概念的な動作を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、図１を参照すると、一実施形態が、主要な構成要素の例示的な構成を使用した概略的な表現で示されている。標準的な８０８ナノメートル１２０Ｗのレーザの形態の光源１０などの、放射源は、スリット開口又はレンズなどの、適切な光学系を使用して、平面ビーム１２に集束される。次に、平面ビーム１２は、微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）タイプの空間的光調節器の一形態である、回折格子光バルブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ：ＧＬＶ）１６上に集束される。次に、ＧＬＶからの出力１８は、ビーム・エキスパンダ・レンズ２０を通って、物体構築領域２２に当てるための動作用の幅へと処理される。少しの間、ＧＬＶ及びその動作についてさらに説明する。この特定の実施形態の主要な構成要素は、拡大されたビーム２６をＦ−θレンズ２８を通して移動させる、（単一ガルバノメータ）スキャナ２４が最後で全てそろう。Ｆ−θレンズ２８は、歪み補正に使用される。そして、レンズ２８からの最終的なビーム３０は、物体構築領域表面上に集束される、かなり細長い、線形アレイ３２又は線分になる。
【００１３】
図２で見られるように、線形アレイ３２は、幅などの、構築領域２２の部分を横切って延在し、その構築領域２２の全てが同時に露光されることができ、又はちょうどその一部だけが露光されることができる。スキャナ２４は、線形アレイ３２を当該幅に対して垂直に移動させ、それにより、構築領域の所望の部分を、放射源１０のビームに露光する。レーザ溶融システム（例えば、粉末床選択的レーザ溶融、融合又は焼結）などの、採用されている積層造形システムの動作及び他の主要な構成要素は、標準的であり、本発明に容易に適合可能である。ＥＯＳ  ＧｍｂＨに譲渡されたものとして参照できる多くのものの中で、米国特許第７８５０８８５号明細書に一般的に記載されているものとして、ＥＯＳ  ＧｍｂＨ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓが販売しているＥＯＳ  Ｐ３９６システムでそのようなものを見いだすことができ、かつこれを参照することができる。本発明は、液体ポリマー光硬化性材料を使用するものなどの、他の積層造形システム及びプロセスに適用可能であることが理解されよう。
【００１４】
本発明は、拡大可能であるか、又はスケーラブルである。図３に示されているように、レーザ源１０に露光される構築領域の部分を増加させる１つの方法は、関連する前述の主要な構成要素を有する、複数のＧＬＶデバイスを配置することである。そうして、複数のＧＬＶデバイスは、線形アレイ３２ａから３２ｄまでの延長された線に向かってそれぞれのＦ−θレンズ２８を通して集束する、スキャナ２４ａから２４ｄを使用して編成及び調整される。次に、これらの組み合わされた線形アレイは、構築領域を渡って単一の線として移動されることができる。あるいは、単一であるがしかしずっと大きいＧＬＶデバイスを使用することができ、複数のそのようなレンズの代わりにより大きいＦ−θレンズを使用することができる。シリコン・ライト・マシーンズ製のＧＬＶを使用して、プロトタイプを製作して動作させた。このＧＬＶは、２ｃｍ幅の全体にわたって、個別に制御可能な１０８８のビームにピクセル化されており、ピクセルあたり約１８ミクロンのスポットサイズがもたらされる、８０８  ＧＬＶタイプであった。そのようなＧＬＶデバイスは、シリコンなどの基板上で、個別に移動可能な複数のリボン状のマイクロブリッジ又はフィンガを含む。これらは、平行に配置されており、それによりリフレクタを形成し、そのリフレクタによって、フィンガと基板との間に印加される電圧によって制御される通りに、光又は他の放射源が、通過し又は通過しないように制御される。ピクセルは、複数のフィンガによって構成されてもよく、それにより、それぞれ異なる光路のための回折格子が、作り出されてもよい。プロトタイプでは、シリコン・ライト・マシーンズによる８０８  ＧＬＶシステムに、平面ビームを出力するために必要な光学系が、組み込まれている。次に、平面ビームは、Ｔｈｏｒ  Ｌａｂｓ  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｏｒｌａｂｓ．ｃｏｍによるビームエキスパンダ内に通された。次に、拡大されたビームは、Ｓｉｌｌ  ＯｐｔｉｃｓによるＦ−θレンズを通して、４００ｍｍの焦点レンズによって投射されて、構築領域表面に、動作用の１２ｃｍ幅のビームを生成した。成功裏にテストされたプロトタイプシステムの構築表面領域は、１２０ｍｍ×１２０ｍｍであった。前述のシステム・セット・アップにおける、単一ピクセルの「スポット」サイズは、１１０ミクロンであった。ビームのより高いエネルギー密度を達成し、かつより効果的なスキャン戦略を採用できるようにするには、構築領域表面でビーム幅をおそらく２ｃｍ以下に減らすことが望ましいと考えられる。さらにまた、ビーム幅を減らすと、単一ピクセルのスポットサイズも小さくなり、それにより、構築領域表面上でより細かい解像度の物体をスキャンできるようになる。
【００１５】
テストでは、前述のサイズの構築領域に対する構築スキャンは、約１２．４秒で成功裏に実現された。これは、ＧＬＶ構成によってシステムを置き換えたことによる、約７倍の改善と考えられた。ＧＬＶ又はＰＬＶへの、より高いレーザ出力での入力により、類似サイズの構築領域上で、より高速なスキャン時間を達成できる。例えば、１０６４ナノメートルのＧＬＶデバイスへの１ｋＷのレーザの入力により、現在のＧＬＶの例の１０倍を超えて、スキャン時間を減らすことができる。
【００１６】
ＧＬＶ及びスキャンの適用の制御は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬａｂｖｉｅｗアプリケーションを使用して、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔｓによって提供された制御ソフトウェアを使用して実現された。スキャンシステムのガルバノメータは、Ｉｎｔｅｇｒａ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．が作成したスキャンソフトウェアを使用して、制御された。
【００１７】
その層を凝固するために十分なエネルギーをもたらすために、潜在的に高周波での、複数回の通過が、用いられてもよい。この考えの例示的な実演の１つでは、上記のシステムが使用されて、単一の通過と同じ時間量（上記の１２．４秒）で、構築表面領域で同じパターンが２〜１００回スキャンされた。結果として形成された物体は、エネルギーのより良好な吸収、及び物体の潜在的により高い密度を、有することが示された。このようなシステムは、物体を形成するために構築表面に送り届けなければならないエネルギーの総量を、潜在的に減らすことができ、そのため、同じ量の入力電力で、システムをより高速に動作させることが、可能になる。
【００１８】
レーザ溶融又はレーザ融合の標準的なプロセスにおいては、構築領域内の粉末材料を、その融点より低く、しかし融点に近い温度まで、加熱することが望ましい。これを達成するために現在採用されている技術は、典型的には、構築チャンバ内に位置づけられている放射加熱器などの、別個の加熱要素に頼っており、そしてその加熱要素は、当然ながらシステムのコスト及び複雑さを増大させる。しかし、本発明は、レーザエネルギー源を使用して、同じ一般的な構築領域の加熱を達成することができる。
【００１９】
例えば、線形アレイ３２は、材料の凝固のために動作させらされていないときに、焦点をぼかされることができて、粉末床全体にわたってスキャンされることができ、それにより、全面的に粉末を加熱するが、しかし溶融／凝固には十分ではない、より低出力のビームスプレッドを送り届けることができる。そのため、しかも、出力される線形アレイは、加温スキャンのために出力が低減されたものであることができる。加温スキャンは、凝固スキャンと同期して使用されることができる。
【００２０】
ＧＬＶは、線形アレイ３２の中で個別に制御可能な、ピクセルと同等のものを効果的に生成するから、これにより、作られる物体のより良好な機械的特性を生み出す能力が、もたらされる。例えば、対象物のすぐ近くでの熱制御は、今やマクロの全体的な加熱とは対照的に、ミクロレベルで制御されることができる。線形アレイの個別のピクセルの強度を変化させる能力により、グレースケールプリンティングと呼ばれる、より滑らかな表面、及びより細かい細部の解像度も可能となる。さらにまた、この構成で使用されるＧＬＶの、点源加熱能力により、構築表面全体の温度分布及び熱流を、より正確に管理できる。
【００２１】
関連するスキャナによる静的なスイープ以外の何かへの、ＧＬＶの出力すなわち線形アレイを、制御することも可能である。これにより、ＧＬＶの出力は、構築領域の選択的な部分への出力を、効果的に「跳び越える」ように向けられることができる。第２の実施形態は、図４から図６まで、及び図８に示されている。この実施形態では、ｘ−ｙ平面内で動作するスキャナが、採用されている。図４を見ると、同様の数字は、同様の部品又は要素を示し、レーザ１０からのエネルギービームは、（前述のタイプの）ＧＬＶ１から反射し、そこから一連の光学系４０を通る。このバージョンでは、光学システム４０は、２つのｎ−ＳＦ１１レンズ及び１つのｎ−ＢＫ７レンズで構成されることができ、５つの球面及び１つの非球面を与えている。構築領域表面２２でのイメージの幅は、約８０ｍｍであってもよい。さらにまた、光学トレインは、当業者によって容易に理解されるように、変化して適合されることができる。
【００２２】
採用されたスキャナは、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって製造及び販売されている、標準的なｘ−ｙスキャナである。これは、ｘ及びｙ光ビームの制御及び移動のための、２つの制御可能なガルバノメータ４１及び４２を有する。このタイプのスキャナの詳細は、ｃａｍｂｒｉｄｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍで見つけることができる。スキャナシステムによって誘導されるビームは、次にＦ−θレンズ２８を通して処理され、結果として得られるビーム３０は、構築領域表面２２に線形アレイ３２をもたらす。図５及び図６を参照すると、光学トレインは、さらに図示されており、かつ理解される。
【００２３】
図７及び図８を見ると、上記２つの実施形態の全体的概念的な構成及び動作を、見ることができる。図７では、結果として得られる線形ビームは、構築領域２２全体にわたって多少広がっている。構築領域を最も効率的に使用するように、様々な部品５０が、同時に作られてもよい。結果として得られるビーム又は線形アレイ３２は、その「スライス」の構築シーケンスで目標とされている通りに、選択されたリボンを通して（すなわち、ピクセルとして）エネルギーを加えるようにＧＬＶが動作させられて、構築領域全体にわたって前後に移動する。
【００２４】
図８では、構築領域表面への出力として、より小さい線形アレイ３２ａが見られる。そのアレイは、図７のレーザと同じレーザを使用して、ここではより短い線でエネルギー出力を提供し、加熱出力を集中させる一方、このより短い線は、ＧＬＶデバイスのピクセル出力（この場合は、１０８８）を維持するから、構築表面上でのより細かいスポットサイズも実現している。ｘ−ｙスキャンのアプローチを使用して、より小さい線形アレイ３２ａは、ビデオモードに類似のラチェットタイプのラスタスキャンによって、矩形経路５２で構築領域２２を渡って前後にスイープされる。この表現に示されているように、経路５２は、約８４ｍｍであり、構築領域の幅４２０ｍｍの全体にわたって、わずかに重なり合っている。同時に、床幅全体の単一スキャンは、依然として達成されることができるが、しかし、各ストライプ内で、線ビームは、溶融される必要のある断面領域だけへ素早く跳び移らせられることができ、そのようにして、層を完成することができる全体速度を大きく増加させる好機をもたらしている。
【００２５】
第２の実施形態のシステム（例えば、図８）を使用すると、ビーム経路は、凝固されることとなる部品の領域が他の経路にない場合、ビームが所望の経路に「飛んで行く」ことができるように、制御されることができることが理解できる。そうすると、これにより、構築の速度をさらに増加させることが可能になる。凝固を必要としている領域だけが、使用される必要があるからである。
【００２６】
図７の構成タイプの変形もまた、より小さい線形アレイ３２ａを採用するであろうが、しかし、それぞれ別個に特定のビーム経路５２と位置合わせされた、一連のミラー（ガルバノメータ）を使用する。ミラーが、作業ビームを遮断するために使用中であったか、使用中でなかったかに応じて、ミラーは、ビームを与えられた経路に偏向し、又は偏向しない。同様に、そのような構成は、１つの軸に沿った単一ミラーの線形平行移動、及びそのミラーを使用し、線ビームを単一ガルバノミラー上に投射して、Ｆ−θレンズを通して構築表面に沿って他の軸でスイープすることで実現できる。
【００２７】
上記の実施形態で説明したこのタイプのスキャンシステムでは、スカイライティング（ビームが、線スキャンの末端でループをたどって、戻りスキャンを開始して後戻りする）などの旧来のスキャン技術、及び今日の単一ポイント・スキャン・システムの多くが採用している軌道末端（ｅｎｄ  ｏｆ  ｖｅｃｔｏｒ：ＥＯＶ）スキャン制御を排除できるため、結果として、このスキャンシステムは、生産時間がより長く、スループットがより大きくなる。
【００２８】
こうして、本発明を前述の１つ又は複数の実施形態に関して説明してきたが、下記の特許請求の範囲において正確に表されるように、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変更及び修正をすることができることが当業者に明らかであろう。前述の説明は、例示及び教示のために提供されており、本発明を限定する目的で提供されているのではない。
【図１】
2021509094.tif 000003
【図２】
2021509094.tif 000004
【図３】
2021509094.tif 000005
【図４】
2021509094.tif 000006
【図５】
2021509094.tif 000007
【図６】
2021509094.tif 000008
【図７】
2021509094.tif 000009
【図８】
2021509094.tif 000010
【国際調査報告】
2021509094.tif 000011