(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築チャンバと、
該構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、
粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために前記構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、
前記粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、
前記エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナと、
該スキャナを制御するためのプロセッサと
を備えた選択的凝固装置であって、
前記プロセッサは、前記ワイパが前記粉末ベッドにわたって移動しているとき前記ワイパの両側で粉末材料を固めるように前記エネルギビームを前記粉末ベッドにわたってスキャンするように、および、前記粉末ベッドにわたる前記ワイパの２回以上の行程中に前記粉末層の少なくとも１つにわたって前記エネルギビームをスキャンするように、前記スキャナを制御するように構成され、
前記２回以上の行程は、前記ワイパが粉末層を形成する行程と、１または複数の後続の行程とを含むことを特徴とする選択的凝固装置。
【請求項２】
前記１または複数の後続の行程は、前記ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含むことを特徴とする請求項１に記載の選択的凝固装置。
【請求項３】
前記１または複数の後続の行程は、前記ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の選択的凝固装置。
【請求項４】
前記ワイパで前記粉末層を形成している間、前記ワイパが第１の領域から離れつつあるとき、前記粉末層上の前記第１の領域が前記エネルギビームによって固められるように、および、前記後続の行程中、前記ワイパが第２の領域に向かって移動しているとき、前記粉末層上の前記第２の領域が前記エネルギビームによって固められるように、前記プロセッサは、前記スキャナが前記粉末ベッドにわたって前記エネルギビームをスキャンするべく制御するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の選択的凝固装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記スキャナが前記エネルギビームの焦点を変更し、前記粉末ベッドの表面のレベルの変化に合わせて調整するべく前記スキャナを制御するように構成されることで、事前設定のプロファイルを有するエネルギスポットが前記粉末ベッドの表面上で維持されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の選択的凝固装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記ワイパが前記粉末ベッドにわたって移動するときエネルギスポットが前記ワイパの一方の側から他方に移動されるにつれて、前記エネルギビームの焦点が変更され、前記粉末ベッドのレベルの変化が補償されるように、前記スキャナを制御することを特徴とする請求項５に記載の選択的凝固装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記エネルギビームの焦点が変更され、前記ワイパの行きの行程と戻り行程との間で前記粉末ベッドの上部表面のレベルの変化が補償されるように、前記スキャナを制御することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の選択的凝固装置。
【請求項８】
前記エネルギビームはレーザビームを含み、前記スキャナは、前記レーザビームの焦点を変更するための可動の光学系を備えることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の選択的凝固装置。
【請求項９】
前記スキャナは、前記粉末ベッドにわたってレーザスポットをスキャンするためのチルト光学系を備え、前記プロセッサは、前記チルト光学系の単一の部分が前記表面のレベルに応じて前記粉末ベッドの表面上の異なる位置をスキャンすることを自動的に補償するように、前記チルト光学系を制御するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の選択的凝固装置。
【請求項１０】
前記ワイパが前記粉末ベッドにわたって移動するとき前記ワイパの位置を測定するための位置測定デバイスをさらに備え、前記プロセッサは、前記位置測定デバイスから信号を受信し、前記位置測定デバイスからの前記信号に基づいて前記スキャナを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の選択的凝固装置。
【請求項１１】
エネルギビームを使用して粉末層が１層ずつ凝固され、物体を形成する、選択的凝固によって物体を形成するための方法であって、反復的に、粉末ベッドの粉末層を形成するようにワイパで構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるステップと、前記粉末ベッドにわたる前記ワイパの移動中、前記ワイパの両側で粉末材料が凝固するように、および、前記粉末ベッドにわたる前記ワイパの２回以上の行程中に前記粉末層の少なくとも１つにわたってエネルギビームがスキャンされるように、前記粉末ベッドにわたってエネルギビームをスキャンするステップと、を含み、前記２回以上の行程は、前記ワイパが粉末層を形成する行程と、１または複数の後続の行程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記１または複数の後続の行程は、前記ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１または複数の後続の行程は、前記ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワイパで前記粉末層を形成している間、前記粉末層上の第１の領域は、前記ワイパが前記第１の領域から離れつつあるときに前記エネルギビームによって固められ、前記後続の行程中、前記粉末層上の第２の領域は、前記ワイパが前記第２の領域に向かって移動しているときに前記エネルギビームによって固められることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギビームの焦点を変更し、前記粉末ベッドの表面のレベルの変化に合わせて調整することで、事前設定のプロファイルを有するエネルギスポットが前記粉末ベッドの表面上で維持されるようにするステップを含むことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記ワイパで粉末を広げている間、エネルギスポットが前記ワイパの一方の側から他方に移動されるにつれて、前記エネルギビームの焦点を変更するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エネルギビームの焦点を変更し、前記ワイパの行きの行程と戻り行程との間で前記粉末ベッドの上部表面のレベルの変化が補償されるようにするステップを含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
構築チャンバと、該構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために前記構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、前記粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、前記エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナとを備えた選択的凝固装置を制御するためにプロセッサによって実行される命令が記憶されたデータキャリアであって、前記命令は、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサが請求項１１ないし請求項１７のいずれかに記載の方法を実施するものであることを特徴とするデータキャリア。
【請求項１９】
構築チャンバと、該構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために前記構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、前記粉末材料を固めるためのエネルギビームを生成するためのエネルギユニットと、前記ワイパが前記粉末ベッドにわたって移動しているとき、前記ワイパの両側で前記粉末材料を固めるように前記エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナと、を備えた選択的凝固装置を制御するための命令を生成する方法であって、
ｉ）物体を１層ずつ構築する際に粉末材料を凝固するときとるべき前記エネルギビームのためのスキャン経路を定義する幾何学データを受け取るステップと、
ｉｉ）前記ワイパの各行程中、前記ワイパの両側で前記エネルギビームによってスキャンされることになるスキャン経路またはスキャン経路の一部を識別するステップであって、前記粉末ベッドにわたる前記ワイパの第１の行程中にスキャンされることになる前記粉末層のためのスキャン経路またはスキャン経路の一部の第１のセット、および、前記粉末ベッドにわたる前記ワイパの第２の行程中にスキャンされることになる前記粉末層のためのスキャン経路またはスキャン経路の一部の第２のセットを識別するステップと、を含み、前記第１の行程は、前記ワイパが前記粉末層を形成する行程であることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記第２の行程は、前記ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の行程は、前記ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記スキャン経路またはスキャン経路の一部の第１のセットは、前記第１の行程中、前記ワイパが第１の領域から離れつつあるとき、前記粉末層上の前記第１の領域を固めるためのものであり、前記スキャン経路またはスキャン経路の一部の第２のセットは、前記第２の行程中、前記ワイパが第２の領域に向かって移動しているとき、前記粉末層上の前記第２の領域を固めるためのものであることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記ワイパの各行程中、前記ワイパの両側で前記エネルギビームによってスキャンされることになる前記スキャン経路またはスキャン経路の一部は、各行程中の予想される前記ワイパの移動に基づいて識別されることを特徴とする請求項１９ないし２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記スキャン経路は、粉末層のエリアを凝固させるためのスキャン経路パターンを含み、該スキャン経路パターンは、前記エリアを、スキャンされることになる別個の領域に分割し、前記方法は、前記ワイパの１以上の行程中、各領域で前記ワイパのどちらの側がスキャンされるかを識別するステップを含むことを特徴とする請求項１９ないし２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記ワイパの移動に基づいて前記領域がスキャンされる順序をスケジューリングするステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記エリアは、内側部分と、前記エリアの縁部に配置され、前記内側部分を囲む周囲とを備え、
前記エリアの内側部分は、平行のスキャン経路の設定されたパターンを使用して形成され、前記エリアの周囲は、前記エリアの縁部の形状に従う１または複数の境界スキャン経路を使用して形成され、前記方法は、前記境界スキャン経路の全体が１つの連続的なスキャンで完了され得るように、前記ワイパの行程中、前記境界スキャン経路または各境界スキャン経路に沿って前記エネルギビームをいつスキャンするかを識別するステップを含むことを特徴とする請求項１９ないし請求項２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記ワイパの移動に基づいてスキャン経路を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１９ないし請求項２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記ワイパの各行程中、前記ワイパの両側で前記エネルギビームによってスキャンされることになる前記スキャン経路またはスキャン経路の一部を識別するステップは、前記ワイパの、スキャンが行われるべきでない片側または両側の安全ゾーンを考慮することを特徴とする請求項１９ないし請求項２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサが請求項１９ないし請求項２８のいずれかに記載の方法を実施する命令が記憶されたデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末層が１層ずつ凝固され、物体を形成する選択的凝固装置および方法に関する。本発明は、それだけには限らないが、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）および選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置など選択的レーザ凝固装置に特に適用される。
【背景技術】
【０００２】
選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）および選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置は、レーザビームなど高エネルギビームを使用して、金属粉末材料など材料の１層ずつの凝固を通じて物体を作り出す。粉末層は、構築チャンバ内で、粉末ベッドに隣接して多量の粉末を堆積し、その大量の粉末をワイパで粉末ベッド（の１つの側から別の側）にわたって広げ、層を形成することによって、粉末ベッドにわたって形成される。次いで、構築される物体の断面に対応する粉末層の一部分にわたってレーザビームがスキャンされる。レーザビームは、粉末を溶融または焼結し、凝固された層を形成する。層が選択的に凝固された後で、新たに凝固される層の厚さだけ粉末ベッドが下降され、粉末のさらなる層が表面にわたって広げられ、必要に応じて凝固される。そのようなデバイスの例が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
そのような装置に伴う問題は、物体を構築するために長い時間、しばしば数日がかかり、非常に大きな物体については１週間を超える可能性があることである。
【０００４】
ステレオリソグラフィではワイパをも使用し、レーザビームでの後続の硬化に適した光硬化性液体樹脂の平坦な表面の形成を加速する。ワイパの変位およびレーザビームの制御は、ビームがワイパに従い、ワイパ直後の領域内で樹脂層に当たるように、同時に実施され得る。そのような構成の例が、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に開示されている。
【０００５】
３Ｄ  ＳｙｓｔｅｍｓのＳｍａｒｔＳｗｅｅｐTM法は、リコータブレードが樹脂バットの長さ全体を移動せず、部品が構築されているバットの一部にわたって掃引するだけであるさらなる改善をもたらす。
【０００６】
特許文献５は、材料付着デバイスが円形の構築プラットフォームの最大半径方向延長にわたって半径方向に延び、構築プラットフォームが（連続的または段階的に）回転および下降され、構築プラットフォーム周りでワイパを移動し、材料層を形成する、３次元物体を製造するためのデバイスを開示している。一実施形態では、４つの材料付着デバイスが提供され、材料は、材料付着デバイス間に位置する４つの凝固領域内で凝固される。
【０００７】
特許文献６は、層または粉末を付着するための１０のコーティングデバイスを備える、３次元物体を作り出すためのレーザ焼結デバイスを開示している。各コーティングデバイスは、レーザに関連付けられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６０４２７７４号明細書
【特許文献２】米国特許第５５８２８７６号明細書
【特許文献３】米国特許第５７８００７０号明細書
【特許文献４】米国特許第５２０４８２３号明細書
【特許文献５】米国特許第８１７２５６３号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開１０２００７０４０７５５号公報
【特許文献７】国際公開第２０１０／００７３９６号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態によれば、構築チャンバと、構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナと、スキャナを制御するためのプロセッサとを備え、プロセッサは、ワイパが粉末ベッドにわたって移動しているときエネルギビームを粉末ベッドにわたってスキャンし、ワイパの両側で粉末材料を固めるようにスキャナを制御するように構成される、選択的凝固装置が提供される。
【００１０】
プロセッサは、粉末ベッドにわたるワイパの２回以上の行程中に粉末層の少なくとも１つにわたってエネルギビームをスキャンするようにスキャナを制御するように構成されてもよい。２回以上の行程は、ワイパが粉末層を形成する行程と、１または複数の後続の行程とを含んでもよい。１または複数の後続の行程は、ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含んでもよい。それに加えて、または代替として、１または複数の後続の行程は、ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含んでもよい。ワイパで粉末層を形成している間、ワイパが第１の領域から離れつつあるとき、粉末層上の第１の領域がエネルギビームによって固められてもよく、後続の行程中、ワイパが第２の領域に向かって移動しているとき、粉末層上の第２の領域がエネルギビームによって固められてもよい。
【００１１】
このようにして、粉末は、ワイパが粉末ベッドにわたって移動している時間中に粉末が固められるので、物体がより迅速に形成され得る。したがって、ワイパが層を形成するのを終えた後で粉末をエネルギビームで固めることに比べて構築時間を短縮することが可能となり得る。さらに、固められる粉末ベッドのエリアは、ワイパの場所によって制限されない。なぜなら、ワイパの両側に位置する粉末がワイパ行程中に固められ得るからである。特に、２回以上の行程中に少なくとも１つの粉末層にわたってエネルギビームをスキャンすることにより、ワイパの最初の行程中かつさらなる行程の前に粉末層のスキャン全体を完了することに比べて構築時間が削減され得る。これは、単にワイパの後でエネルギビームをスキャンすることよりもスキャン方針の最適化を可能にし得る。特に、形成される物体の断面は、粉末ベッドの総断面に対して小さなエリアをカバーする傾向があり、したがって、エネルギビームスポットは、粉末ベッドの小さなエリア内で局所化されて大部分の時間を費やすことになる。エネルギビームにワイパの両側をスキャンさせることにより、エネルギビームは、ワイパの移動中、これらの小さなエリア内で粉末を固めることができる。
【００１２】
プロセッサは、事前設定のプロファイルを有するエネルギスポットが粉末ベッドの表面上で維持されるように、エネルギビームの焦点を変更し、粉末ベッドの（上部）表面のレベルの変化に合わせて調整するようにスキャナを制御するように構成されてもよい。
【００１３】
粉末層を広げている間、ワイパの両側で粉末ベッドの表面のレベル（高さ）は異なることになる。したがって、一実施形態では、ワイパによって粉末を広げている間、プロセッサは、ワイパが粉末ベッドにわたって移動するときエネルギスポットがワイパの一方の側から他方に移動されるにつれて、エネルギビームの焦点を変更し、粉末ベッドのレベルの変化を補償するようにスキャナを制御してもよい。
【００１４】
ワイパが１方向だけで粉末ベッドにわたって粉末を広げる場合、構築プラットフォームは、その戻り（広げない）行程でワイパのクリアランスをもたらすように下降されてもよい。したがって、プロセッサは、エネルギビームの焦点を変更し、ワイパの行きの行程と戻り行程との間で粉末ベッドの上部表面のレベルの変化を補償するようにスキャナを制御してもよい。
【００１５】
プロセッサは、構築プラットフォームの下降など移動中に、粉末ベッドにわたってエネルギビームをスキャンするようにスキャナを制御するように構成されてもよい。プロセッサは、構築プラットフォームの下降中、粉末ベッドの表面に対するエネルギビームの角度が事前設定の角度より大きいまま維持されるように粉末ベッドにわたってエネルギビームをスキャンするようにスキャナを制御するように構成されてもよく、事前設定の角度は、構築プラットフォームが下降中でないときエネルギビームが粉末ベッドの表面に対してなすことができる角度より大きい。このようにして、構築プラットフォームの下降中、粉末ベッドの表面上でのエネルギビームの場所の変化が、事前設定の角度より小さい角度でエネルギビームをスキャンすることに比べて低減される。事前設定の角度は、ユーザによって設定されてもよい。事前設定の角度は、粉末層の必要とされる精度および厚さに依存してもよい。
【００１６】
構築プラットフォームは、不定の厚さの層を提供するためにワイパで粉末ベッドにわたって粉末を広げている間、下降または上昇され得る。ワイパと共にレーザビームをスキャンすること、ワイパで層を広げること、および構築プラットフォームを下降または上昇させることの３つすべてが同時に行われてもよい。構築プラットフォームの下降は、構築全体を通じて連続的に行われてもよい。これは、構築プラットフォームが下降されている間、粉末を広げる際の遅延が回避され得るので、構築の速さを増大し得る。
【００１７】
エネルギビームは、電子ビームまたはレーザビームであってよい。
【００１８】
スキャナは、レーザビームの焦点を変更するための可動の光学系を備えてもよい。
【００１９】
スキャナは、粉末ベッドにわたってレーザスポットをスキャンするためのチルト光学系を備えてもよく、プロセッサは、光学系の単一の部分が表面のレベルに応じて粉末ベッドの表面上の異なるスポットをスキャンするということを自動的に補償するようにチルト光学系を制御するように構成される。粉末ベッドを下降することにより、スキャナからの粉末ベッドの表面の距離が変化し得、レーザビームがチルト光学系によって表面に対して直交しない角度で導かれる状態にされ、粉末ベッドの表面のレベルを変更することにより、表面上のレーザスポットの位置が変化することになる。したがって、チルト光学系の位置を粉末ベッドの表面上にどのようにマッピングするかは、表面の異なるレベルについて異なることになる。
【００２０】
この装置は、位置エンコーダなど、ワイパが粉末ベッドにわたって移動するときワイパの位置を測定するための位置測定デバイスを備えてもよく、プロセッサは、位置測定デバイスから信号を受信し、位置測定デバイスからの信号に基づいてスキャナを制御するように構成されてもよい。たとえば、プロセッサは、位置測定デバイスからの信号に基づいてスキャンのタイミングを調整するように構成されてもよい。ワイパの実際の位置に関するフィードバックを提供することにより、プロセッサは、ワイパの実際の位置が予想される位置とは異なる場合、スキャンシーケンスを調整することができる。
【００２１】
ワイパは、構築中、粉末ベッドの表面に対して直交する方向（通常、垂直方向）に移動されることが可能であってもよい。ワイパは、平坦でない粉末層を形成するために層を広げている間、粉末ベッドの表面に対して直交して移動されることが可能であってもよい。代替として、またはそれに加えて、ワイパは、たとえば粉末の山を通り越すために、および／または粉末ベッドの上で後続のパスのためにワイパを再配置するために、粉末ベッドの側部で粉末ベッドの表面に対して直交して移動されることが可能であってもよい。
【００２２】
代替として、またはそれに加えて、プロセッサは、ワイパが粉末ベッドにわたって移動するとき構築プラットフォームが垂直に移動するように構築プラットフォームの垂直移動を制御するように構成されてもよい。ワイパは、たとえば所望の（均一な）厚さの粉末層を維持するために、構築プラットフォームの移動と同期して垂直に移動されてもよい。あるいは、構築プラットフォームおよびワイパの垂直移動は、不均一な粉末層が形成されるようなものであってもよい。ワイパの垂直高さを構築プラットフォームの移動と動的に調整することは、ワイパが静止している各行程の終了時の時間を削減する、さらには解消することができる。従来のシステムでは、ワイパは、次の粉末を広げる行程を開始する前に、構築プラットフォームの高さが調整されるのを、また、構築プラットフォームが落ち着くのを待たなければならない。
【００２３】
この装置は、複数のレーザビームを生成するためのレーザユニットと、各レーザビームを粉末ベッドにわたって独立してスキャンさせることができるように各レーザビームのための専用のスキャナとを備えてもよい。これらのスキャナは、粉末ベッドがレーザビームによってワイパの両側で同時にスキャンされ得るように構成されてもよい。プロセッサは、ワイパが粉末ベッドにわたって移動しているとき、粉末ベッドにわたって複数のレーザビームのうちの対応するレーザビームをスキャンし、ワイパの両側で粉末材料を固めるように各スキャナを制御するように構成されてもよい。
【００２４】
プロセッサは、物体を１層ずつ構築する際に粉末材料を凝固するときとるべきそのエネルギビームまたは各エネルギビームのためのスキャン経路を定義する幾何学データに基づいてワイパの移動を制御するように構成されてもよい。たとえば、プロセッサは、各層を形成する際に、ワイパの速さおよび／または垂直高さを変えることができてもよい。
【００２５】
本発明の第２の形態によれば、エネルギビームを使用して粉末層が１層ずつ凝固され、物体を形成する、選択的凝固によって物体を形成するための方法であって、反復的に、粉末ベッドの粉末層を形成するようにワイパで構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるステップと、粉末ベッドにわたるワイパの移動中、ワイパの両側で粉末材料を固めるように粉末ベッドにわたってエネルギビームをスキャンするステップとを含む方法が提供される。
【００２６】
この方法は、粉末ベッドにわたるワイパの２回以上の行程中に粉末層の少なくとも１つにわたってエネルギビームをスキャンするステップを含んでもよい。２回以上の行程は、ワイパが粉末層を形成する行程と、１または複数の後続の行程とを含んでもよい。１または複数の後続の行程は、ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含んでもよい。それに加えて、または代替として、１または複数の後続の行程は、ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含んでもよい。ワイパで粉末層を形成している間、ワイパが第１の領域から離れつつあるとき、粉末層上の第１の領域がエネルギビームによって固められてもよく、後続の行程中、ワイパが第２の領域に向かって移動しているとき、粉末層上の第２の領域がエネルギビームによって固められてもよい。
【００２７】
この方法は、事前設定のプロファイルを有するエネルギスポットが粉末ベッドの表面上で維持されるように、エネルギビームの焦点を変更し、粉末ベッドの（上部）表面のレベルの変化に合わせて調整するステップを含んでもよい。この方法は、ワイパによって粉末を広げている間、エネルギビームのスポットがワイパの一方の側から他方に移動されるにつれて、エネルギビームの焦点を変更するステップを含んでもよい。この方法は、エネルギビームの焦点を変更し、ワイパの行きの行程と戻り行程との間で粉末ベッドの上部表面のレベルの変化を補償するステップを含んでもよい。
【００２８】
本発明の第３の形態によれば、命令が記憶されたデータキャリアであって、命令は、選択的凝固装置を制御するためにプロセッサによって実行するためのものであり、選択的凝固装置は、構築チャンバと、構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナとを備え、命令は、プロセッサによって実行されたとき、本発明の第２の形態の方法を実施するようにプロセッサにスキャナを制御させる、データキャリアが提供される。
【００２９】
本発明の第４の形態によれば、選択的凝固装置を制御するための命令を生成する方法であって、選択的凝固装置は、構築チャンバと、構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギユニットと、ワイパが粉末ベッドにわたって移動しているとき、ワイパの両側で粉末材料を固めるようにエネルギビームを各粉末層ベッド上に導き集束するためのスキャナとを備え、
ｉ）物体を１層ずつ構築する際に粉末材料を凝固するときとるべきエネルギビームのためのスキャン経路を定義する幾何学データを受け取るステップと、
ｉｉ）ワイパの各行程中、ワイパの両側でエネルギビームによってスキャンされることになるスキャン経路またはスキャン経路の一部を識別するステップと、を含む方法が提供される。
【００３０】
スキャン経路を識別するステップは、粉末ベッドにわたるワイパの第１の行程中にスキャンされることになる粉末層のためのスキャン経路またはスキャン経路の一部の第１のセットと、粉末にわたるワイパの第２の行程中にスキャンされることになる粉末層のためのスキャン経路またはスキャン経路の一部の第２のセットとを識別するステップを含んでもよい。第１の行程は、ワイパが粉末層を形成する行程であってもよい。第２の行程は、ワイパが後続の粉末層を形成する行程を含んでもよい。それに加えて、または代替として、第２の行程は、ワイパが粉末層を形成しない戻り行程を含んでもよい。スキャン経路またはスキャン経路の一部の第１のセットは、第１の行程中、ワイパが第１の領域から離れつつあるとき、粉末層上の第１の領域を固めるためのものであってもよく、スキャン経路またはスキャン経路の一部の第２のセットは、第２の行程中、ワイパが第２の領域に向かって移動しているとき、粉末層上の第２の領域を固めるためのものであってもよい。
【００３１】
ワイパの各行程中、ワイパの両側でエネルギビームによってスキャンされることになるスキャン経路またはスキャン経路の一部は、各行程中の予想されるワイパ移動に基づいて識別されてもよい。代替として、またはそれに加えて、ワイパ速さまたは行程間の時間は、スキャン経路またはスキャン経路の一部をスキャンするために必要とされる予想される時間に基づいて決定されてもよい。
【００３２】
凝固されることになる粉末層のエリアが、スキャンされることになる別個の領域に分割される設定されたパターンで、スキャン経路を設計することが知られている。たとえば、チェッカボードパターンまたはストライプパターンが使用されてもよく、凝固されることになるエリアが、平行の辺を有する複数の領域に分割され、各領域は、平行の辺に対して横断方向に形成された複数の平行のスキャン線によって形成される。チェッカボードパターンまたはストライプパターンは、凝固されることになるエリアの大部分の領域について実質的に同じ速さでその領域にわたってメルトフロントが確実に前進される助けとなり得る。本発明の方法は、ワイパの各行程中、ワイパの両側でエネルギビームによってスキャンされることになる領域を識別するステップを含んでもよい。この方法は、ワイパの移動に基づいて領域がスキャンされる順序をスケジューリングするステップを含んでもよい。たとえば、スケジューリングは、各ワイパ行程中、エネルギビームが材料を凝固する時間を最大限にする目的で選択されてもよい。そのような目的は、エネルギビームのスポットの方向がワイパの一方の側にあることからワイパの他方の側に切り替えられる回数を制限することによって達成されうる。なぜなら、エネルギビームは、スキャナがエネルギビームをワイパ上に導くことになる時間中、オフにされなければならないからである。スポットがワイパの一方の側からワイパの他方の側に切り替わる回数は、単一の切替えに制限されてもよい。
【００３３】
「ハルおよびコア（ｈｕｌｌ  ａｎｄ  ｃｏｒｅ）」方針を使用してエリアをスキャンすることが知られており、エリアのコアは、ラスタスキャン（蛇行とも呼ばれることがある）、チェッカボードパターンまたはストライプパターンなど、平行のスキャン経路の設定されたパターンを使用して形成され、エリアのハル（周囲）は、エリアの縁部の形状に従う１または複数の境界スキャン経路を使用して形成される。この方法は、境界スキャン経路全体が１つの連続的なスキャンで完了され得るように、ワイパの行程中、その境界スキャン経路または各境界スキャン経路に沿ってエネルギビームをいつスキャンするか識別するステップを含んでもよい。エネルギビームでスキャンすることは、エネルギビームのスポットをスキャン経路に沿って一定に移動すること、またはスキャン経路に沿って離隔された点をスポットで照明することを含んでもよいことを理解されたい。本明細書で使用される連続的なスキャンは、どちらのタイプのスキャンをも含み得る。エネルギビームのスポットをスキャン経路に沿って一定に移動する場合、連続的なスキャンは、エネルギビームのスポットの一定の移動が中断されないスキャンである。スキャン経路に沿って離隔された点を照明する場合、連続的なスキャンは、設定された距離だけ離れた隣接する点が中断なしに設定された露出時間（および露出間の一定時間（ユーザ定義であっても、スキャナの物理的制限によって定義されてもよい））で漸次照明されるスキャンである。
【００３４】
この方法は、ワイパ移動に基づいてスキャン経路を決定するステップを含んでもよい。たとえば、スキャン経路の縁部／端部が、スキャン経路がスキャンされている時間の間にワイパの予想される位置に基づいて選択されてもよい。
【００３５】
ワイパの各行程中、ワイパの両側でエネルギビームによってスキャンされることになるスキャン経路またはスキャン経路の一部を識別するステップは、スキャンが行われるべきでないワイパの片側または両側の安全ゾーンを考慮してもよい。安全ゾーンは、行程中のワイパの決定された位置における潜在的な誤差、スキャンのタイミングにおける潜在的な誤差、および粉末層を形成するためにワイパによって押される粉末の盛土の予想される幅のうちの少なくとも１または複数に基づいて決定されてもよい。
【００３６】
本発明の第５の形態によれば、命令が記憶されたデータキャリアが提供され、命令は、プロセッサによって実行されたとき、本発明の第４の形態の方法をプロセッサに実施させる。
【００３７】
本発明の第６の形態によれば、構築チャンバと、構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、ワイパの位置を測定するための位置測定デバイスと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、ビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナと、スキャナおよび／またはエネルギビームユニットを制御するためのプロセッサとを備え、プロセッサは、位置測定デバイスからの信号に基づいてスキャナおよび／またはエネルギビームユニットを制御するように構成される、選択的凝固装置が提供される。
【００３８】
本発明の第７の形態によれば、構築チャンバと、構築チャンバ内で下降可能な構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナとを備え、ワイパは、粉末ベッドの表面に対して直交する方向に移動するように構成される、選択的凝固装置が提供される。
【００３９】
ワイパは、平坦でない粉末層を形成するように表面に対して直交する方向に移動するように構成されてもよい。
【００４０】
ワイパは、ワイパによって押された粉末材料を通り越すようにワイパが粉末ベッドの端部を越えて移動した後で表面に対して直交する方向に移動し、粉末ベッドにわたって逆方向に粉末材料をワイパによって押すことができるようにワイパを再配置するように構成されてもよい。
【００４１】
本発明の上記の形態のデータキャリアは、非一時的データキャリア、たとえばフロッピーディスク、ＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ  ＲＯＭ／ＲＡＭ（−Ｒ／−ＲＷおよび＋Ｒ／＋ＲＷを含む）、ＨＤ  ＤＶＤ、Ｂｌｕ  Ｒａｙ（ＴＭ）ディスク、メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｓｔｉｃｋ（ＴＭ）、ＳＤカード、コンパクトフラッシュカードなど）、ディスクドライブ、（ハードディスクドライブなど）、テープ、任意の磁気／光学ストレージ、あるいは、ワイヤもしくは光ファイバ上の信号またはワイヤレス信号、たとえば有線またはワイヤレスネットワークの上で送られる信号（インターネットダウンロード、ＦＴＰ転送など）など一時的データキャリアなど、機械に命令を提供するための好適な媒体であってもよい。
【００４２】
本発明の第７の形態によれば、構築チャンバと、構築チャンバ内で可動の構築プラットフォームと、粉末ベッドの連続する粉末層を形成するために構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるためのワイパと、粉末材料を固めるためにエネルギビームを生成するためのエネルギビームユニットと、エネルギビームを各粉末層上に導き集束するためのスキャナとを備え、ワイパは、構築プラットフォームの移動中に粉末材料を広げるように構成される、選択的凝固装置が提供される。
【００４３】
ワイパは、構築プラットフォームの下降または上昇中に粉末材料を広げてもよい。このようにして、様々な厚さの層を形成することができる。
【００４４】
本発明の第８の形態によれば、エネルギビームを使用して粉末層が１層ずつ凝固され、物体を形成する、選択的凝固によって物体を形成するための方法であって、反復的に、粉末ベッドの粉末層を形成するようにワイパで構築プラットフォームにわたって粉末材料を広げるステップと、粉末ベッドにわたるワイパの移動中、構築プラットフォームを移動するステップとを含む方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による選択的レーザ凝固装置の図である。
【図２】別の側からの選択的レーザ凝固装置の図である。
【図３】レーザビームがワイパの一方の側で粉末ベッドの上でスキャンされ、一方、ワイパが行きの行程で粉末を広げる、動作中の装置の図である。
【図４】レーザビームが（図３に示されているものに対して）ワイパの他方の側で粉末ベッドの上でスキャンされ、一方、ワイパが行きの行程で粉末を広げる、動作中の装置の図である。
【図５】レーザビームがワイパの戻り行程で粉末ベッドの上でスキャンされる、動作中の装置の図である。
【図６】粉末層内の凝固されることになるエリアのためのスキャン経路の図であり、エリアのコアが、スキャン経路のチェッカボードパターンを使用して形成されることになる。
【図７】凝固されることになるエリアの領域を、ワイパの行きの行程および戻り行程中にスキャンされることになる順序に区分けするための方法の図である。
【図８】凝固されることになるエリアの領域を、ワイパの行きの行程および戻り行程中にスキャンされることになる順序に区分けするための方法の図である。
【図９】粉末層内の凝固されることになるエリアのためのスキャン経路の図であり、エリアのコアが、スキャン経路のストライプパターンを使用して形成されることを示している。
【図１０】粉末層内の凝固されることになるエリアのためのスキャン経路の図であり、エリアのコアが、スキャン経路のラスタスキャンを使用して形成されることを示している。
【図１１】ワイパが両方向で粉末を広げることができる装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１から図５を参照すると、本発明の一実施形態によるレーザ凝固装置は、構築チャンバ１１７および粉末が堆積され得る表面を画定する仕切り１１５、１１６を有する主チャンバ１０１を備える。粉末１０４を選択的レーザ溶融することによって構築される物体１０３を支持するために、構築プラットフォーム１０２が提供される。プラットフォーム１０２は、物体１０３の連続する層が形成されるにつれて、構築チャンバ１１７内で下降させることができる。使用可能な構築体積は、構築プラットフォーム１０２を構築チャンバ１１７内で下降させることができる範囲によって定義される。
【００４７】
物体１０３が分配装置１０８および細長いワイパ１０９によって構築されるにつれて粉末の層１０４が形成される。たとえば、分配装置１０８は、特許文献７に記載の装置であってもよい。ワイパ１０９は、構築プラットフォーム１０２にわたって直線方向に移動し、行きの行程で粉末を広げる間の移動の方向が、矢印Ｗによって示されている。
【００４８】
位置測定デバイス、この実施形態では位置エンコーダ１４０は、ワイパ１０９の位置を測定し、測定された位置を示す信号をコンピュータ１３０のプロセッサ１３１に送る。位置測定デバイスは、図２では見やすくするためにボックスとして概略的に示されているが、典型的には、ワイパ１０９の移動をガイドするトラック（図示せず）に固定されたスケールと、スケール上のスケール刻印を検出するためにワイパ１０９と共に移動するように取り付けられた読取りヘッドとを備えることになる。検出されたスケール刻印から、ワイパの位置を決定することができる。
【００４９】
レーザモジュール１０５が、粉末１０４を溶融するためのレーザを生成し、レーザは、コンピュータ１３０の制御下で光学スキャナ１０６によって必要に応じて導かれる。レーザは、窓１０７を介してチャンバ１０１に入る。
【００５０】
光学スキャナ１０６は、操向光学系、この実施形態では、レーザビームを粉末ベッド１０４上の所望の場所に導くための２つの可動ミラー１０６ａ、１０６ｂと、集束光学系、この実施形態では、レーザビームの焦点距離を調整するための１対の可動レンズ１０６ｃ、１０６ｄとを備える。モータ（図示せず）が、ミラー１０６ａ、１０６ｂおよびレンズ１０６ｃの移動を駆動し、これらのモータは、プロセッサ１３１によって制御される。
【００５１】
コンピュータ１３０は、プロセッサユニット１３１と、メモリ１３２と、ディスプレイ１３３と、キーボード、タッチスクリーンなどユーザ入力デバイス１３４と、光学モジュール１０６およびレーザモジュール１０５などレーザ溶融ユニットのモジュールに対するデータ接続と、位置測定デバイス１４０と、外部データ接続１３５とを備える。メモリ１３２上に、次に述べる方法を実施する処理ユニットに命令するコンピュータプログラムが記憶される。
【００５２】
プロセッサは、外部接続１３５を介して、各粉末層内で粉末のエリアを凝固する際にとるべきスキャン経路について記述する幾何学データを受け取る。部品を構築するために、プロセッサは、スキャナ１０６を制御し、幾何学データに定義されているスキャン経路に従ってレーザビームを導く。この実施形態では、スキャン経路に沿ってスキャンを実施するために、レーザ１０５とスキャナ１０６は、スキャン経路に沿った一連の離散的な点をレーザビームに露出するように同期される。各スキャン経路について、点の距離、点の露出時間、およびスポットサイズが定義される。代替実施形態では、スポットは、スキャン経路に沿って連続的にスキャンされてもよい。そのような実施形態では、点の距離および露出時間を定義するのではなく、レーザスポットの速度が各スキャン経路について指定されてもよい。
【００５３】
使用時には、幾何学データがプロセッサ１３１によって受け取られる。プロセッサ１３１は、幾何学データ内に定義されているスキャン経路を解析し、ワイパ１０９の一方の側でどのスキャン経路またはスキャン経路のどの部分をスキャンすべきか、およびワイパ１０９の他方の側でどのスキャン経路またはスキャン経路のどの部分をスキャンすべきか決定する。ワイパが１方向だけで粉末を広げるこの実施形態では、プロセッサ１３１は、（粉末がワイパ１０９によって広げられる）ワイパ１０９の行きの行程でどのスキャン経路またはスキャン経路のどの部分がレーザビームによってスキャンされることになるか、および（粉末がワイパ１０９によって広げられない）ワイパ１０９の戻り行程でどのスキャン経路またはスキャン経路のどの部分がレーザビームによってスキャンされることになるかをも決定してよい。
【００５４】
プロセッサ１３１が各粉末層についてスキャンスケジュールを決定した後で、プロセッサ１３１は、スキャナ１０６を制御し、スキャン経路およびスキャンスケジュールに従って各粉末層をスキャンする。図３は、ワイパ１０９が行きの行程で粉末ベッド１０４にわたって粉末層１０４ａを広げるところを示す。レーザビームは、最初にワイパ１０９の前方でスキャンし、前に形成された粉末層のエリアを凝固し、次の粉末層によって覆われる前にこの粉末層において実施されることになる凝固を完了する。ワイパ１０９の行きの行程でワイパの前方の粉末を凝固するために、スキャナ１０６は、ワイパ１０９の前方の粉末ベッドの上面と一致する下側平面ＰＬ上で所望のレーザスポットサイズを維持するようにレーザビームを集束する。スキャンのスケジューリングは、スキャンがワイパ１０９周りの禁止ゾーン１５０の外側で行われるようにプロセッサ１３１によって選択される。スキャンを禁止ゾーン１５０の外側に維持することにより、ワイパ１０９はレーザビームによって生成される溶融プールに近接するにもかかわらず損傷せず、ワイパ１０９によって粉末ベッド１０４にわたって押される粉末盛土１０４ｂがレーザビームによって溶融されないことが確実化される。
【００５５】
ワイパ１０９の行きの行程中、レーザビームは、ワイパの前方でのスキャンからワイパ１０９の後方でのスキャンに移動される。スキャナ１０６がレーザスポットを禁止ゾーン１５０内に導くことになる期間中、レーザは、プロセッサ１３１によってオフにされる。レーザがオンに戻されたとき、スキャナは、ワイパ１０９の後方にある粉末ベッド１０４の高い方の表面に対応する上側平面Ｐｕ上で所望のレーザスポットサイズを維持するようにレーザビームを集束する。これは図４に示されている。スキャナ１０６は、この構成のためにスケジューリングされたスキャン経路に沿ってレーザビームを導く。
【００５６】
粉末ベッドのスキャンは、ワイパ１０９が粉末ベッド１０４を越えた位置に移動された後で続行されてもよい。たとえば、粉末層内の所望のエリアを凝固するために必要とされる時間は、行きの行程および戻り行程でワイパが粉末ベッドを通り越すのにかかる時間より長いことがある。したがって、スキャンは、ワイパ１０９が粉末ベッド１０４の側部で休止されているとき（行きの行程と戻り行程の間で、または粉末が分配ユニット１０８によって分配されているとき）行われてもよい。これは、粉末ベッド１０４の有意な部分の上に延びるスキャン経路をスキャンするとき有用となり得る。
【００５７】
ワイパ１０９の移動は、層および／またはスキャン経路内で凝固されることになるエリアのサイズに基づいてプロセッサ１３１によって動的に制御されてもよい。たとえば、行程間でワイパ１０９が静止している時間が変えられても、ワイパ１０９の速さが粉末ベッドの上で移動するにつれて変えられてもよい。
【００５８】
戻り行程の前に、構築プラットフォーム１０２は下降され、粉末ベッド１０４の上部とワイパ１０９の間にクリアランスをもたらす。典型的には、構築プラットフォーム１０２は、ワイパ１０９によって広げられることになる次の粉末層の厚さに等しい距離だけ下降される。
【００５９】
図５は、方向Ｒで移動する戻り行程でのワイパ１０９を示す。スキャナ１０６は、プロセッサ１３１によって制御され、この時点でスキャンされるようにスケジューリングされたスキャン経路に沿ってワイパ１０９の前方および後方でレーザビームをスキャンする。戻り行程中、スキャナは、構築プラットフォーム１０２の下降を考慮するために、下側平面ＰＬ上で所望のレーザスポットサイズを維持するようにレーザビームを集束する。行きの行程の場合と同様に、レーザビームがワイパ１０９の前方でのスキャンからワイパ１０９の後方に移動されたとき、またはその逆のとき、レーザは、スキャナ１０６がレーザスポットを禁止ゾーン１５０内に導くことになる期間中、オフにされる。
【００６０】
スキャン経路のスキャンがどのようにスケジューリングされ得るかの一例が、図６から図８に示されている。図６は、粉末層内のエリアを凝固するためのスキャン経路を示す。エリアのコア２０１が１つの構築スタイル／パラメータを使用してスキャンされ、ハルが異なる構築スタイル／パラメータを使用して形成される「ハルおよびコア」方針が使用される。
【００６１】
図６では、チェッカボードパターンのスキャン経路がコアを形成するために使用され、コア２０１のエリアは、複数の方形領域２０３に分割され、各方形領域２０３は、複数の平行のスキャン経路２０４を備える（図６では、平行のスキャン経路２０４は、見やすくするために方形領域２０３のいくつかについてのみ示されている）。各方形領域２０３について、平行のスキャン経路２０４は、隣接する方形領域２０３のスキャン経路２０４に対して直交してスキャンされる。等しい長さの平行のスキャン経路２０４は、実質的に同じ特性の凝固された材料がエリアのコア２０１にわたって得られるように、レーザで経路２０４をスキャンすることによって生成されるメルトフロントが各方形領域２０３について実質的に同じ速さで確実に前進するようにする助けとなる。平行のスキャン経路２０４が隣接する方形領域２０３について形成される角度を回転することは、コア２０１にわたって弱い線（成層）の形成を回避する助けとなる。図６では、チェッカボードパターンは、ワイパ方向と平行であるものとして示されている。しかし、他の方向のチェッカボードパターンが使用されてもよく、チェッカボードパターンの方向は、層間で変えられてもよいことを理解されたい。
【００６２】
ハルは、この実施形態では、２つの境界スキャン経路２０５、２０６によって形成される。しかし、１または複数の境界スキャン経路が使用されてもよい。
【００６３】
コアスキャン経路について指定されるレーザスポットサイズ、点の距離、点の露出時間、およびレーザパワーなどパラメータは、境界スキャン経路２０５、２０６について指定されるパラメータに対して異なってもよい。
【００６４】
図７を参照すると、プロセッサ１３１は、構築スタイル（異なる構築パラメータを必要とするスキャン）に基づいてスキャン経路を区分けする。典型的には、チェッカボードスキャンに比べて、異なる構築パラメータがハルおよびコア方針における境界スキャンについて使用される。したがって、図６に示されているスキャン経路については、２つの構築スタイルがあり、それらにスキャン経路が区分けされる。次いで、スキャン経路２０４、２０５、２０６は、スキャン順で配置されることになる領域を形成するようにグループ化される。スキャン経路２０４、２０５、２０６が共に領域にグループ化される範囲は、スキャン経路の性質によって決まることになる。図６では、チェッカボードの各方形２０３が、順序付けられることになる領域として識別され、別々の各境界スキャン２０５、２０６が、順序付けられることになる領域として識別される。領域にグループ化されるいくつかのスキャン経路は、スキャン経路の順序付けのための分解能に対して処理の速さのバランスをとることによって決まることになる。図６では、チェッカボードパターンの方形２０３は、粉末ベッド１０４に対して非常に大きいものとして示されているが、典型的には、方形はより小さいものになる。より小さい方形の場合、複数の方形のスキャン経路が、所望のバランスを達成するように区分けされることになる領域に共にグループ化されてもよい。
【００６５】
粉末ベッドは、概念上３つ以上の区間、この実施形態では区間Ａ、Ｂ、Ｃに分割される。次いで、プロセッサ１３１は、特定のタイプのスキャン経路の各領域２０３、２０５、２０６が区間Ａ、Ｂ、Ｃまたは区間Ａ、Ｂ、Ｃの組合せ内に入るかどうか決定する。図６では、区間Ａ、Ｂ、またはＣ内にそれぞれ完全に入る領域２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃと、２つの区間Ａ、Ｂまたは区間Ｂ、Ｃにまたがる領域２０３ｄ、２０３ｅとがある。両境界スキャン経路２０５、２０６は、３つの区間Ａ、Ｂ、Ｃすべてにまたがる。
【００６６】
次いで、これらの領域は、各領域が入る区間Ａ、Ｂ、Ｃに基づいてスキャン順に区分けされる。図８は、ワイパ１０９がベッドにわたって往復移動するにつれて粉末ベッド１０４の異なる区間がスキャンに使用可能になる順序を概略的に示し、時間の方向が矢印Ｔによって示されている。このタイムラインは、これらの領域のスキャンを順序付けるために区間Ａ、Ｂ、Ｃの使用可能性がどのように進行するかを示すためのものであり、必ずしも区間Ａ、Ｂ、Ｃの各セットがスキャンに使用可能である時間を表していない。一実施形態では、区間Ａ、Ｂ、Ｃの特定のセット内に入る領域をスキャンするために十分な時間が確実に使用可能にされるように、プロセッサ１３１がワイパ１０９の速さを動的に変えることが可能となり得る。「行き」とラベル付けされた括弧でまとめられた期間は、ワイパ１０９が行きの行程で粉末ベッド１０４にわたって移動する期間を表し、「戻り」とラベル付けされた括弧でまとめられた期間は、ワイパ１０９が戻り行程で粉末ベッド１０４にわたって移動する期間を表す。各行きの行程では、粉末材料は、前の行きの行程で広げられた下側の層、および現在の行きの行程で広げられる層で共に凝固される。点線は、これらの層間でのスキャンの移行を表す。行きの行程と戻り行程の間の期間Ｅは、ワイパ１０９が粉末ベッド１０４の側部に位置する時間を表し、この時間中、粉末ベッド１０４全体がスキャンに使用可能である。戻り行程と行きの行程の間の期間Ｄは、ワイパ１０９が粉末ベッド１０４の他の側部に位置する時間を表し、この時間中、次の層を広げるために粉末が投入され、やはり粉末ベッド１０４全体がスキャンに使用可能である。
【００６７】
層の領域がスキャンされる順序を決定するために、各領域のスキャンは、その領域が入る区間または区間Ａ、Ｂ、Ｃの組合せがスキャンに使用可能である期間に割り振られる。これらの期間は、矢印Ｓ1、次いでＳ2によって示されている順序で埋められる。したがって、区間Ａ内に入る第１の領域２０３は、第１の期間に、その期間が満杯になる、または割り振られるべき区間Ａ内に入る領域がそれ以上なくなるまで割り振られることになり、次いで、区間Ａ、Ｂまたは区間ＡかつＢ内に入る領域が第２の期間に割り振られることになり、次いで区間Ｃ内に入る領域が第１０の期間に割り振られることになる。割り振りは、すべての領域がスキャンのための期間に割り振られるまで矢印Ｓ2の方向で続行され、割り振りのための最後の期間は、第３の期間である。第３（および／または、おそらくは第８）の期間は、層のスキャンを完了するためにそのような遅延が必要とされる場合、ワイパ移動の遅延をスケジューリングすることによって伸長されてもよい。２つ以上の区間Ａ、Ｂ、Ｃがスキャンに使用可能である期間に領域を割り振ることに優先順位が与えられてもよい。たとえば、区間にまたがる領域は、そのような期間に割り振るために、１つの区間内に完全に入る領域より優先されてもよい。たとえば、図６では、境界スキャン２０５、２０６を第３および／または第８の期間に割り振ることは、これらの期間に領域２０４を割り振ることより優先されてもよい。
【００６８】
第８の期間中、構築プラットフォームは下降される。この実施形態では、第８の期間に割り振られるスキャンは、構築プラットフォーム１０２の下降中にも続行される。構築プラットフォーム１０２の下降中にスキャンされることになる割り振られた領域は、粉末ベッド１０４の他の領域をスキャンするときレーザビームが表面に対してなす角度より大きい事前設定の角度を超えて、粉末ベッド１０４の表面に対してある角度でレーザビームによりスキャンされ得る領域であってもよい。事前設定の角度は、ユーザによって設定されてもよい。
【００６９】
領域２０３、２０５、２０６がいくつかの期間に割り振られた後で、構築中にスキャナ１０６を駆動するために、この情報を命令に組み込むことができる。
【００７０】
図６に関連して述べたスキャン経路は、例示のためのものにすぎず、多数の他のスキャン経路設計、およびスキャンされることになる領域をスケジューリングするための方法が可能である。たとえば、図９では、凝固されることになるエリアは、方形領域ではなく平行のストライプ領域３０３に分割され、各ストライプ領域３０３の平行のスキャン経路３０３は、ストライプの長手方向に対して横断方向に延びる。ストライプ領域３０３の方向に応じて、ストライプ領域３０３は、３つの区間Ａ、Ｂ、Ｃすべての中に延びてもよい。粉末ベッド１０４のすべての区間がスキャンに使用可能である第３の期間および第８の期間にすべてのスキャンが割り振られることを回避するために、ストライプ領域３０３は、より少ない数の区間Ａ、Ｂ、Ｃ内に入るより小さいサブ領域に分割され、その結果、これらのより小さいサブ領域のスキャンが他の期間にわたって広げられ得るようにしてもよい。各ストライプ領域３０３は、ストライプ領域３０３のスキャン経路３０４を分割することを回避する１または複数の線に沿って分割されてもよい。たとえば、ストライプ領域３０４は、スキャン経路３０４と平行な点線３０７、３０８に沿ってより小さい領域に分割されてもよい。これは、メルトフロントの前進が、サブ領域のそれぞれについて、より大きなストライプ領域３０３の場合にそうであったはずのものと実質的に同じであることを確実化する助けとなり得る。次いで、これらのサブ領域のスキャンは、図７および図８を参照して述べたアルゴリズムを使用してスケジューリングされる。
【００７１】
図１０は、コアのスキャン経路が、コアの幅全体にわたって延びるラスタスキャン４０３を形成する一実施形態を示す。図８に示されている実施形態の場合と同様に、すべての区間Ａ、Ｂ、Ｃがスキャンに使用可能である期間にラスタスキャン全体が割り振られることを回避するために、ラスタスキャン４０３は、他の期間中にスキャンされ得るサブ領域に分割される。ラスタスキャン４０３の場合、ラスタスキャンの任意の１つのスキャン経路４０４の分割が許容され得る。なぜなら、チェッカボードパターンおよびストライプパターンとは異なり、ラスタスキャン４０３の場合、各スキャン経路４０４の一定の長さを維持しようと試みないからである。したがって、ラスタスキャン４０３は、区間Ａ、Ｂ、Ｃの境界線に沿ってサブ領域に分割されてもよい。次いで、これらのサブ領域のスキャンが、図７および図８を参照して述べたアルゴリズムを使用してスケジューリングされる。
【００７２】
凝固されることになるエリアが区間Ａ、Ｂ、Ｃのすべてではなくいくつかにしか入らない場合、スケジューリングのためにストライプパターンまたはラスタスキャンを分割することが必要でないことがあることを理解されたい。
【００７３】
図１１は、本発明の別の実施形態によるワイパユニットを示す。この実施形態では、ワイパ構成５０９は、粉末を粉末ベッド５０４にわたって両移動方向で広げるように構成される。ワイパユニット５０９は、固定された距離だけ離れて取り付けられた２つのワイパ５０９ａ、５０９ｂを備える。粉末は、ワイパ５０９ａとワイパ５０９ｂの間の間隙内に分配され、ワイパ５０９ａは、ワイパユニット５０９が粉末ベッド５０４にわたって左から右に移動するにつれて粉末を層に広げ、ワイパ５０９ｂは、ワイパユニット５０９が粉末ベッド５０４にわたって右から左に移動するにつれて粉末を層に広げる。粉末ベッドにわたる両移動方向について、ワイパユニット５０９の前方とワイパユニット５０９の後方でレーザが粉末ベッド５０４にわたってスキャンされる。図１から図６に示されている実施形態で前述したように、ワイパユニット５０９の前方でスキャンするとき、スキャナ１０６は、ワイパ５０９の前方にある粉末ベッド５０４の下側平面に対応する下側平面ＰＬ上で所望のレーザスポットサイズを維持するようにレーザビームを集束し、ワイパユニット５０９の後方でスキャンするとき、スキャナ１０６は、ワイパ５０９の後方にある粉末ベッド５０４の高い方の平面に対応する上側平面Ｐｕ上で所望のレーザスポットサイズを維持するようにレーザビームを集束する。
【００７４】
代替実施形態（図示せず）では、装置は、複数のレーザビーム（別々のレーザによって、または１または複数のレーザビームを分割することによって生成される）を備えてもよく、各レーザビームは、粉末ベッドがワイパの両側で同時にスキャンされ得るように別々のスキャン光学系によって粉末ベッドに導かれる。
【００７５】
さらに、ワイパは、ワイパが構築プラットフォームの他の側部で上昇されている状態で構築プラットフォームの１つの側部だけから粉末を投入することができるように構築中に垂直に移動され、また、ワイパが粉末のさらなる層を広げるために他の方向で多量の粉末を押し戻すことができるように、層を広げた後に残る多量の粉末の上を移動されるように構成されてもよい。さらに、ワイパは、平坦でない層を形成するために、層を広げている間、垂直に移動されてもよい。たとえば、より高いレーザパワーを使用し、平坦でない層のより深い粉末領域内の粉末を凝固してもよく、粉末のより厚い領域が形成されるか否かは、物体の幾何形状および物体のための必要とされる公差に基づいてもよい。
【００７６】
本明細書で定義されている本発明の範囲から逸脱することなしに、上記の実施形態に対して改変および修正を加えることができることを理解されたい。たとえば、粉末ベッドは、ワイパの行きの行程および戻り行程のうちの１つだけでスキャンされてもよい。スキャナは、たとえばｆθレンズを使用して、下側平面ＰＬ内でスキャナの焦点を維持するだけであるように構成されてもよく、スキャナは、この平面内に表面を有する粉末ベッドの一部を（行きの行程でワイパの前方で、および戻り行程でワイパの前方および後方でなど）スキャンするようにレーザビームを導く。
【００７７】
構築プラットフォームは、不定の厚さの層を提供するためにワイパで粉末ベッドにわたって粉末を広げている間、下降または上昇され得る。ワイパと共にレーザビームをスキャンすること、ワイパで層を広げること、および構築プラットフォームを下降または上昇させることの３つすべてが同時に行われてもよい。構築プラットフォームの下降は、構築全体を通じて連続的に行われてもよい。これは、構築プラットフォームが下降されている間、粉末を広げる際の遅延が回避され得るので、構築の速さを増大し得る。
【図１】
0006698623.tif 000002
【図２】
0006698623.tif 000003
【図３】
0006698623.tif 000004
【図４】
0006698623.tif 000005
【図５】
0006698623.tif 000006
【図６】
0006698623.tif 000007
【図７】
0006698623.tif 000008
【図８】
0006698623.tif 000009
【図９】
0006698623.tif 000010
【図１０】
0006698623.tif 000011
【図１１】
0006698623.tif 000012