(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元製品を製造するため、この三次元製品を作製する作業テーブルと、パウダーベッドを形成するため前記作業テーブル上にパウダーの薄い層を敷設する構成のパウダーディスペンサと、パウダーに溶融を生ぜしめるようパウダーにエネルギを付与する放射線銃と、この放射線銃から放出されたビームをパウダーベッドにわたり制御して前記パウダーベッドの一部を溶融することにより三次元製品の断面を形成する制御部材と、三次元製品を構成する順次の断面に関する情報を記憶する制御コンピュータとを具え、前記制御コンピュータによって、三次元物体の断面を形成する移動スケジュールに従って前記放射線銃をパウダーベッドにわたり案内する前記制御部材を制御し、前記パウダーディスペンサによって敷設した順次のパウダー層から順次に形成した断面を順次に溶融することにより前記三次元製品を製造する装置において、
前記パウダーベッドにおける表面層の温度分布を感知する感知部材を更に設け、
前記製品ベッドを閉鎖したチャンバ内に配置し、閉鎖チャンバには透明窓を設け、前記感知部材がこの透明窓を通してパウダーベッドにおける表面層の温度分布を記録するようにした
ことを特徴とする三次元製品製造装置。
【請求項２】
前記制御コンピュータを、前記温度分布を感知する感知部材からのパウダーベッドの表面層にわたる温度分布に関する情報に基づいて、放射線銃のための移動スケジュールに反映させる構成とした請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御コンピュータを、前記パウダーベッドの表面層の温度分布に関する情報を利用して放射線銃のための移動スケジュールに反映させる構成とし、パウダーベッドの表面層の温度が低すぎる領域におけるエネルギ供給を増大させ、また温度が高すぎる領域におけるエネルギ供給を減少させ、断面における作業温度がより一層均一になるようにした請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記制御コンピュータを、温度分布に関する情報に基づいて、放射線銃からパウダーベッドの最上パウダー層の溶融領域に対するエネルギ供給を制御し、これら領域における溶融後の最大温度が限界範囲内となるよう構成した請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
前記制御コンピュータを、温度分布に関する情報に基づいて、放射線銃からパウダーベッドの溶融しており次の層の領域に結合すべき現行の最上パウダー層の溶融領域における溶融後の最大温度が限界範囲内となるようエネルギ供給を制御する構成とし、これら領域における溶融後の最小温度が所定限界以下にならないようにした請求項２乃至４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御コンピュータを、温度分布に関する情報に基づいて、放射線銃からパウダーベッドの現行の最上パウダー層の溶融領域に対するエネルギ供給を制御する構成とし、これら領域における溶融後の最小温度が所定限界以下にならないようにした請求項２乃至４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御コンピュータを、温度分布に関する情報に基づいて、放射線銃からパウダーベッドの現行の最上パウダー層の溶融されていない領域に対するエネルギ供給を制御する構成とし、これら領域における温度が第２所定限界以下にならないようにした請求項２乃至６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記放射線銃を制御する制御部材を、温度分布に関する情報を使用して較正する構成とした請求項２乃至７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記パウダーベッドの表面層の温度分布を感知する感知部材をカメラによって構成した請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記透明窓をフィルムによって保護し、このフィルムを窓に沿って送り可能に構成し、新しいフィルムを供給することによってフィルム及び窓における透明性を維持するようにした請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記放射線銃を電子銃によって構成し、パウダーベッド及び電子銃を真空チャンバ内に閉鎖した請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
三次元製品製造装置を動作させてパウダーベッドにおける三次元物体の順次の断面に対応する部分を順次に溶融することによって三次元物体を製造するための方法であって、
作業テーブル上にパウダー層を敷設するステップと、
このパウダー層に対して所定の移動スケジュールに従って放射線銃からエネルギの供給するステップと、
前記移動スケジュールに従って選択したパウダー層の領域を溶融して三次元物体の断面を形成するステップと、
順次敷設したパウダー層から順次に溶融して断面を形成することにより三次元物体を形成するステップと
よりなる三次元物体製造方法において、
前記パウダーベッドの表面層の温度分布を、前記製品ベッドを配置する閉鎖チャンバ内に設けた透明窓を通して感知するステップと、
前記感知したパウダーベッドにおける表面層の温度分布を記録するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記感知した温度分布を使用して、適正溶融温度を得るために放射線銃に対するエネルギ供給を較正する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記感知した温度分布に基づいて、前記移動スケジュールを変更して適正な冷却温度を得るようにした請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却温度が低すぎる領域を予加熱する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却温度が高すぎる領域を感知した際に、移動スケジュールを変更してこの領域における形成速度を減少させる請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
前記パウダーベッドの温度を検出し、検出した温度が所定限界よりも低くなった場合にベッドを加熱する請求項１２乃至１６記載の方法。
【請求項１８】
前記感知した温度分布を使用してビームのＸ‐Ｙ偏向のために放射線銃に配置した部材を較正する請求項１２乃至１７記載の方法。
【請求項１９】
エネルギ源から製品素材にエネルギを転移させることによって三次元製品を製造するため、三次元製品を作製する作業テーブルと、製品ベッドを形成するため作業テーブル上に製品素材の薄い層を配置するよう構成したディスペンサと、製品ベッドの表面の選択した領域にエネルギを付与し、製品素材の相変位によってこの領域内の中実断面を形成する部材と、及び三次元製品を構成する順次の断面に関する情報を記憶するメモリを取り扱う制御コンピュータとを具え、制御コンピュータによってエネルギ放出部材を制御して選択した領域にエネルギを供給し、パウダーディスペンサにより敷設した製品素材の層から順次形成した断面を順次に結合することによって三次元製品を製造する装置において、
製品ベッドにおける表面層の温度分布を感知する感知部材を更に設け、
前記製品ベッドを閉鎖したチャンバ内に配置し、閉鎖チャンバには透明窓を設け、前記感知部材がこの透明窓を通してパウダーベッドにおける表面層の温度分布を記録するようにした
ことを特徴とする三次元製品製造装置。
【請求項２０】
前記温度分布を感知する感知部材を、製品ベッドの表面層にわたる温度分布に関する情報を前記制御コンピュータに伝送し、前記制御コンピュータがこの情報を利用して前記製品ベッドにエネルギを供給するための部材を制限するようにした請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記制御コンピュータを、前記温度分布に関する情報に基づいて、製品ベッドにエネルギを供給する部材の較正を行う構成とした請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記温度分布を感知する部材をカメラによって構成した請求項１９乃至２１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記透明窓をフィルムによって保護し、このフィルムを窓に沿って送り可能に構成し、新しいフィルムを供給することによってフィルム及び窓における透明性を維持するようにした請求項１９記載の装置。
【請求項２４】
三次元製品を製造するため、この三次元製品を作製する作業テーブルと、パウダーベッドを形成するため前記作業テーブル上にパウダーの薄い層を敷設する構成のパウダーディスペンサと、パウダーに溶融を生ぜしめるようパウダーにエネルギを付与する放射線銃と、この放射線銃から放出されたビームをパウダーベッドにわたり制御して前記パウダーベッドの一部を溶融することにより三次元製品の断面を形成する制御部材と、三次元製品を構成する順次の断面に関する情報を記憶する制御コンピュータとを具え、前記制御コンピュータによって、三次元物体の断面を形成する移動スケジュールに従って前記放射線銃をパウダーベッドにわたり案内する前記制御部材を制御し、前記パウダーディスペンサによって敷設した順次のパウダー層から順次に形成した断面を順次に溶融することにより前記三次元製品を製造する装置において、
更に、パウダーベッドにおける表面層の表面の滑らかさを感知する感知手段を設け、
前記製品ベッドを閉鎖したチャンバ内に配置し、閉鎖チャンバには透明窓を設け、前記感知手段がこの透明窓を通してパウダーベッドにおける表面層の表面の滑らかさを記録するようにしたことを特徴とする三次元製品を製造装置。
【請求項２５】
三次元製品製造装置を動作させてパウダーベッドにおける三次元物体の順次の断面に対応する部分を順次に溶融することによって三次元物体を製造するための方法であって、
作業テーブル上にパウダー層を敷設するステップと、
このパウダー層に対して所定の移動スケジュールに従って放射線銃からエネルギの供給するステップと、
前記移動スケジュールに従って選択したパウダー層の領域を溶融して三次元物体の断面を形成するステップと、
順次敷設したパウダー層から順次に溶融して断面を形成することにより三次元物体を形成するステップと
よりなる三次元物体製造方法において、
更に、パウダーベッドにおける表面層の表面の滑らかさを、前記製品ベッドを配置する閉鎖チャンバ内に設けた透明窓を通して測定するステップと、
前記測定したパウダーベッドにおける表面層の表面の滑らかさを記録するステップと
を有するものとしたことを特徴とする方法。
【請求項２６】
表面の乱れを検出した際に、
表面乱れの座標を登録するステップと、
放射線銃で発生したビームをこの座標に案内し、表面乱れを溶融するステップと
を行う請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は作業テーブル上に配置したパウダー層の選択した部分を順次溶融することにより三次元製品を製造する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【技術の背景】
作業テーブル上に配置したパウダー層の選択した部分を順次溶融することにより三次元製品を製造する装置は既に知られている（例えば、特許文献１参照）。
更に、融点の局部的温度を測定するセンサを設けた温度制御レーザ焼結装置は既知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第４，８６３，５３８号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，４２７，７３３号明細書
【０００４】
この特許文献１の装置は、三次元製品を作製すべき作業テーブルと、この作業テーブル上にパウダーの薄い層を敷設してパウダーベッドを形成するパウダーディスペンサと、パウダーにエネルギを付与してパウダーの溶融を生ぜしめる放射線銃と、この放射線銃からパウダーベッドにわたり放出されてパウダーベッドの一部を溶融することにより三次元製品の一断面を形成するよう制御する制御部材と、三次元製品の順次の断面に関する情報を記憶する制御コンピュータとを有する。三次元製品は、順次付加されるパウダー層の選択した部分を溶融することにより作製される。制御コンピュータは、放射線銃によって発生する放射線を、所定のパターンを描く移動スケジュールに従ってパウダーベッドにわたり走査する偏向素子を制御することを意図する。移動スケジュールが一つのパウダー層の所要領域を溶融するとき、三次元物体の一つの断面が形成される。三次元製品は、パウダーディスペンサによって順次敷設されるパウダー層の順次に形成される断面の順次溶融により作製される。
【０００５】
従来技術の装置を使用して三次元製品を製造するとき、所要の形状、寸法及び強度からのずれを生ずることがあることが分かっている。
【０００６】
［発明の簡単な説明］
本発明の目的は、作業テーブル上に敷設したパウダー層の選択した部分を順次に溶融することにより三次元物体を製造し、三次元物体の所要の形状、寸法及び強度からのずれをできるだけ減少することができる装置を得るにある。
【０００７】
この目的を達成するため、本発明装置は、特許請求の範囲の請求項１及び２０の特徴部分を有する。パウダーベッド上に配置した表面層の温度分布を感知する素子を設けることにより、表面特性の測定及び修正が可能になり、従って、所要の寸法からのずれや、表面乱れを減少した製品が得られるようになる。本発明によれば、規定の温度範囲内で溶融が生じているかを確認し、例えば、材料の蒸発や沸騰により欠陥のある外観を生ずるというリスクを減少することができる。材料の蒸発及び沸騰は、溶着スパークや他の表面乱れを生ずる。この素子は、パウダー層における特定の溶融部分の冷却温度も測定することができ、溶融部分における何らかの表面張力による外観及び寸法のずれを生ずるリスクを減少し、従って、形状の好ましくない変化を減少することができる。更に、断面寸法を測定することができ、これにより、形成した断面の寸法と意図する物体断面の寸法との比較を利用して放射線銃の制御素子を較正することができる。この素子は、溶融しないパウダーベッドの温度も測定し、プロセス上の観点から有利な温度管理をモニタすることができる。
【０００８】
本発明によれば、パウダーベッドの表面層における温度分布に関する情報を制御コンピュータにフィードバックし、パウダーベッドの表面層にわたる移動スケジュールを調整する。移動スケジュール、並びにビームのパワー及び／又は外観を変更することにより、パウダーベッドの異なる部分で適正温度に維持することができるようになる。
【０００９】
本発明の更に他の好適な実施例においては、パウダーベッドの表面層における温度分布に関する情報を使用し、パウダーベッドの表面層の温度が低すぎる領域内でのエネルギ供給を増大させ、また温度が高すぎる領域内でのエネルギ供給を減少し、これにより、断面における作業温度の変動を少なくすることができるようになる。特定部分へのエネルギ供給を適合させることにより、より適正な温度分布が得られ、従って、製品の品質が向上する。
【００１０】
更に、本発明の他の好適な実施例においては、装置は現行の最上パウダー層内で溶融した領域における溶融後の最大温度を限界範囲内にするように、放射線銃からのエネルギ供給を制御するよう構成する。このようにエネルギ供給を制御することによって、高すぎる温度を回避し、欠陥を引き起こす材料の沸騰及び蒸発の危険性を減少することができる。
【００１１】
本発明の、更に他の好適な実施例においては、温度分布に関する情報を使用して、装置の一部をなす放射線銃から、パウダーベッドにおける現行の最上パウダー層で溶融しており、後続層との結合を生ずるべき領域へのエネルギ供給を制御し、これら領域における最小温度が所定限界値よりも低下しないようにする。温度が所定限界以下に低下することを確認することによって、製品の変形を生ずることになる表面張力のリスクを回避することができる。
【００１２】
本発明の他の実施例においては、温度分布に関する情報を使用して、放射線銃からパウダーベッドの表面層における未溶融領域へのエネルギ供給を制御し、これら領域における温度が第２の所定限界値以下に低下しないようにすることができる。パウダーベッドにおける或る温度を溶融しない程度に維持することによって、既に溶融した又は溶融しようとしている領域における冷却プロセスを、一方ではより厳密に制御し、他方では異なる溶融計画領域に達しようとして溶融すべきでない領域にビームが転移することにより生ずる乱れがないようにする。
【００１３】
更に、他の本発明の好適な実施例においては、表面乱れを、好適には、表面における陰影情報を記録するカメラによって測定し、表面構造を読み取ることができるようにする。例えば、溶融スパーク等により生ずる表面乱れの発生を記録した際に、放射線銃を認識した座標に照準を当てて認識した表面乱れを溶融することができる。
【００１４】
本発明の好適な実施例においては、パウダーベッド及び放射線銃をチャンバ内に閉鎖し、このチャンバには透明窓を装備し、この透明窓を窓に沿って送ることができるフィルムによって保護し、新しいフィルムが供給されるようにする。被覆しているフィルムを送ることにより、フィルム及び窓における透明性を維持することができる。
【００１５】
本発明の第２の目的は、三次元物体の順次の断面に対応するパウダーベッドの部分の順次の溶融により三次元物体を製造し、三次元物体の所要の形状、寸法及び強度からのずれをできるだけ減少する製造方法を得るにある。
【００１６】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１５の特徴部分によってこの目的を達成する。パウダーベッド上に配置した表面層の表面特性を感知する素子を設けることによって、表面特性の測定及び修正ができるようになり、所要の寸法からのずれ及び表面乱れを減少した製品を得ることができるようになる。好適な実施例においては、パウダーベッドの表面層における温度分布を記録し、パウダー粒子の溶融中の温度制御を可能にする。このことにより、溶融を規定温度範囲内で生ずるように確認することができ、例えば、材料の沸騰及び蒸発による欠陥発生のリスクを減少することができる。この感知素子は、更に、パウダー層における特定の溶融部分の冷却温度も測定でき、これにより、溶融部分における表面張力作用のリスクを減少し、従って、好ましくない形状変化を発生するリスクを減少することができる。更に、断面の寸法を測定することができ、これにより、形成した断面と意図する物体の断面との寸法を比較することにより、放射線銃の制御素子を較正することができる。更に感知素子は、溶融していないパウダーベッドの温度を測定し、プロセスの観点から有利な温度管理をモニタすることができるようになる。
【００１７】
更に、本発明の好適な実施例においては、表面乱れを、好適には、表面の陰影情報を記録するカメラによって測定し、表面構造を読み取ることができるようにする。例えば、溶融スパーク等によって生ずる表面乱れの発生を記録した際に、放射線銃を認識した座標に照準を当てて認識した乱れを溶融する。
【００１８】
他の好適な実施例は特許請求の範囲の従属項に記載した。
【００１９】
［実施例］
以下に、添付図面につき本発明の詳細に説明する。
【００２０】
図１において、三次元製品を製造する装置を参照符号１で示す。この装置は、三次元製品３を製作する作業テーブル２と、１個又はそれ以上のパウダーディスペンサ４と、パウダーベッド５を形成するため、作業テーブル２上にパウダーの薄い層を敷設する敷設部材２８と、パウダーベッドにエネルギを放出してパウダーベッドの一部を融合する放射線銃６と、放射線銃６により放出されるビームを作業テーブルにわたり走査してパウダーの融合によって三次元製品の断面を形成する制御部材７と、三次元製品を構成する順次の断面に関する情報を記憶する制御コンピュータ８とを有する。作業サイクル中、パウダー層が付加される毎に放射線銃に対して順次にテーブルを降下させる。この移動を可能にするため、本発明の好適な実施例においては、作業テーブルは垂直方向即ち、矢印Ｐで示す方向に移動可能にする。このことは、作業テーブルが初期位置２′からスタートし、この初期位置２′では必要な厚さの第１パウダー層が敷設されている。その下側の作業テーブルが損傷を受けないようにするため、またこの層が十分な特性を示すようにするため、他の層よりも厚めにし、この第１層の貫通融合を回避する。この後、三次元製品の新しい断面を形成するため、作業テーブルを新しいパウダー層を敷設することに関連して降下させる。この目的のため、本発明の好適な実施例においては、作業テーブルは足場９によって支持し、この足場９は歯１１を有する少なくとも１個のラック１０を設ける。ギヤ１３を装備したステップエンジン又はサーボエンジン１２により作業テーブルを所要の垂直位置に位置決めする。当業者に既知の作業テーブルの作業高さを調整する他の装置を使用することもできる。例えば、調整ねじをラックの代わりに使用することができる。
【００２１】
部材２８は、材料を再充填するため、パウダーディスペンサと連係動作するよう構成する。更に、部材２８の作業表面にわたる掃引は、既知の方法でサーボエンジン（図示せず）によって駆動し、このサーボエンジンは部材２８を案内レール２９に沿ってパウダーベッド上で移動させる。
【００２２】
新しいパウダー層を敷設する際に、作業テーブルを先行層に対してどの程度下降させたかによって、パウダー層の層厚を管理する。このことは、層厚は所要に応じて変化させることができることを意味する。従って、隣接する層間の形状変化が大きい断面の場合には層を薄くすることができ、これにより、表面の微細度を高め、また形状変化が小さかったり、まったくなかったりするときには、ビームの最大貫入深さに等しい層厚にすることができる。
【００２３】
本発明の好適な実施例においては、放射線銃６を電子銃によって構成し、放射線銃のビームのための制御部材７を偏向コイルによって構成する。偏向コイルは電子銃によって発生したビームを制御する磁界を生じ、パウダーベッドの所要位置の表面層を溶解する。更に、放射線銃は高電圧回路２０を有し、この高電圧回路２０は既知の方法で放射線銃に対してエミッタ電極２１のための加速電圧を供給する。エミッタ電極は既知の方法で電源２２に接続し、この電源２２はエミッタ電極２１を加熱するのに使用し、この加熱により電子を活性化する。放射線銃の機能及び構成は当業者にとってはよく知られている。
【００２４】
偏向コイルは溶融すべき各層のための敷設移動スケジュールに従って、制御コンピュータ８により制御し、所要の移動スケジュールに従うビーム制御が得られる。
【００２５】
移動スケジュールの生成及び修正に関して図４〜図６を参照して以下に詳細に説明する。
【００２６】
更に、作業テーブル上のパウダーベッドの表面にビームを合焦させる少なくとも１個の合焦コイル７′を設ける。
【００２７】
偏向コイル及び合焦コイルは、当業者によく知られている多数の実施例によって構成することができる。
【００２８】
装置はハウジング１５内に収納し、このハウジング１５は放射線銃６及びパウダーベッド２を包囲する。ハウジングは、パウダーベッドを包囲する第１チャンバ２３と、放射線銃６を包囲する第２チャンバ２４とを有する。これら第１チャンバ２３及び第２チャンバ２４はチャンネル２５で連通し、第２チャンバの高電圧の磁界で加速された放出電子を通過して第１チャンバ内に進入させ、作業テーブル２上のパウダーベッドに照射させる。
【００２９】
好適な実施例においては、第１チャンバを真空ポンプ２６に接続し、第１チャンバ２３内の圧力を、好適には、約１０−３〜１０−５ mBarの圧力に低下させる。第２チャンバ２４を真空ポンプ２７に接続し、第２チャンバ２４内の圧力を、好適には、約１０−４〜１０−６ mBarの圧力に低下させる。他の実施例においては、第１及び第２のチャンバの双方を同一の真空ポンプに接続することもできる。
【００３０】
制御コンピュータ８は、更に、放射線銃６にも接続して放出される放射線銃のパワーを調整し、またステップも２に接続して順次敷設されるパウダー層間における作業テーブルの垂直位置２を調整し、パウダー層の個別の層厚を変更することができるようにすると好適である。
【００３１】
更に、制御コンピュータは、作業表面上にパウダーを敷設する敷設部材２８に接続する。この敷設部材は作業表面にわたって掃引するよう構成し、これにより、パウダー層を敷き詰める。この敷設部材２８は制御コンピュータ８によって制御されるサーボエンジン（図示せず）によって駆動する。制御コンピュータは掃引時間を制御し、パウダーを必要なだけ再充填するのを確実にする。このため、充填インジケータを敷設部材２８に設け、制御コンピュータは敷設部材が空になったことを知らせることができるようにする。
【００３２】
図２に示すように、装置には、更に、パウダーベッドにおける表面層の表面特性を感知する部材１４を設ける。パウダーベッド５における表面層の温度分布を感知するこの部材１４は、カメラによって構成すると好適である。本発明の好適な実施例においては、カメラは、一方では表面層の温度分布を測定するのに使用し、他方では表面の不規則さによって生ずる陰影で表面の乱れを測定するのに使用する。温度分布の情報は、一方で表面層の溶融すべき部分にわたってできるだけ均一な温度分布が得られるようにするのに使用し、また他方では、温度分布は製品の形状に反映するため、形成した三次元製品と原型との間の測定誤差を制御するのに使用する。本発明の好適な実施例においては、パウダーベッド５及び放射線銃６を収納するケーシング１５の外側にビデオカメラを取り付ける。温度測定を可能にするため、ケーシングには透明窓１６を設ける。パウダーベッド５はこの窓からカメラで見ることができる。本発明の好適な実施例においては、図３に示すように、窓１６を保護フィルム１７によってカバーする。この保護フィルムは供給ユニット１８から収集ユニット１９に供給し、フィルムを順次交換して透明性を維持できるようにする。溶融プロセスが進むにつれて堆積を生ずるため、保護フィルムは、必要である。
【００３３】
図４には、一次移動スケジュールを生成するための手順を線図的に示す。第１ステップ４０では、例えば、ＣＡＤプログラムで製造すべき製品の３Ｄモデルを生成し、あるいは、製造すべき製品の予生成３Ｄモデルを制御コンピュータ８に供給する。この後、第２ステップ４１でマトリックスを生成し、この第２ステップ４１では製品の断面の外形情報を含む。図７はハンマーのモデルを断面に沿って示す。これら断面を図８の（ａ）〜（ｃ）に示す。これら断面は、完成した製品を形成するため、溶融すべき個別の層の層厚に対応する密度で敷設する。有利なことに、異なる層毎に層厚を変化させることができる。例えば、隣接の層間で断面の外観に大きな変動がある領域では層厚を薄くすると有利である。このようにして、断面生成中にマトリックスを形成し、このマトリックスは、三次元製品を構成するすべての断面の外観に関する情報を含む。
【００３４】
第３ステップ４２で断面生成が完了したとき、一次移動スケジュールを各断面に対して生成する。一次移動スケジュールの生成は、一方では断面を構成する部分の形状の認識に基づき、他方では、断面の局部的な部分の冷却温度に対して移動スケジュールがどのように影響するかに基づいて行う。この目的は、次の層を敷設する前に溶融した部分の冷却温度をできるだけ等しくするとともに、冷却温度を所要範囲内に維持して製品における収縮ひずみが発生するリスクを軽減し、また、製品の変形につながる製品内の収縮ひずみの度合いを減少するようにする移動スケジュールを生成することである。
【００３５】
主に、一次移動スケジュールは断面に含まれる個別部分の形状に基づく。
【００３６】
従って、本発明の好適な実施例においては、どの移動スケジュールが断面の冷却温度の良好な温度分布をもたらすかの経験に基づいて決められ、これにより、製品の変形につながる製品の収縮ひずみの危険性を減少する。この目的のため、異なる形状の領域のための移動スケジュールの組をメモリに記憶する。好適な実施例では、このメモリは、移動スケジュールを修正することにより得られる成果物を評価する際に更新され、従って、自己学習システムが得られる。
【００３７】
本発明の他の実施例においては、個別のコンピュータで生成した予形成断面を制御コンピュータのメモリに供給し、この制御コンピュータで一次移動スケジュールを生成する。この場合、情報は外部ソース４０ａから第３ステップ４２に直接供給される。
【００３８】
図５には、放射線銃からのビームをパウダーベッドにわたり制御し、製品の断面を生成する手順を線図的に示す。ステップ５０において、パウダーベッドにわたるビームの制御を、ステップ４２で確定した一次移動スケジュールに従って開始する。次のステップ５１において、パウダーベッドの表面層の温度分布をカメラで測定する。この後、温度分布マトリックスＴij-measured を測定した温度分布から生成し、パウダーベッドの表面層上の小さいサブエリアの温度を記憶する。マトリックスを生成するとき、マトリックスで測定した各温度値Ｔij-measured を、所要値Ｔij-desiredのマトリックスにおける所要値と比較する。大まかに、パウダーベッドの表面層を３つのカテゴリに分割することができる。第１番目は放射線銃で機械加工して溶融を生ずる領域である。この領域では最大溶融温度Ｔij-maxが重要となる。第２番目は、既に溶融し、従って、冷却しつつある領域である。この領域では、低すぎる冷却温度は引張力によって破断を生ずるため、最小許容冷却温度Ｔij-cooing-minが重要となる。第３番目は放射線銃で機械加工されない領域である。これら領域はベッド温度Ｔij-bedが重要となる。機械加工領域のみで温度をひかくすることもでき、この場合、ベッド温度Ｔij-bedは記憶されない、又は制御はされない、又はその双方とも行われない。
【００３９】
第３ステップ５２においては、Ｔij-measuredが所要値Ｔij-desiredからずれているか、またこのずれが許容限界範囲を越えているかを判定する。３つの異なるカテゴリに属するΔＴij-max，ΔＴij-cooing，及びΔＴij-bedの許容限界値を制御コンピュータ８に記憶する。更に、ベッド温度を制御しないようにすることもできる。この場合、これに属する限界値は記憶しない。第４ステップ５３において、Ｔij-measuredとＴij-desiredとのずれがこの限界範囲を越えていない場合に、表面層の機械加工が完了したか否かを判定する。機械加工が完了していない場合は、有効移動スケジュールに従って移動を続行し、更に上述のステップ５０〜５３を時間を延長して行う。
【００４０】
Ｔij-measuredとＴij-desiredとのずれがいずれかの限界範囲を越える場合、移動スケジュール４２の修正を第５ステップで行う。この修正は、図６に示す手順で行うと好適である。本発明の好適な実施例においては、各層の機械加工が完了するまでは新しいパウダー層を敷設せず、これにより、製品が仕上がるまでは順次の溶融で形成される。この場合、一つの層における移動スケジュ―ルが完了したことを第４ステップで認識したとして，製品全体が完了しない場合に、新しい層は第５ステップの後に敷設が開始される。
【００４１】
好適な実施例においては、移動スケジュールは以下のステップを有する。第１ステップ５６では、Ｔij-maxをＴij-max-desiredと比較する。Ｔij-maxがΔＴij-maxを越えてＴij-max-desiredからずれている場合、ステップ５６ａにおいて、ビームのパワーを変化させるか、又はビームの掃引速度を変化させるかのいずれかによって、パウダー層に供給されるエネルギを較正する。第２ステップにおいては、Ｔij-cooingをＴij-cooing-desiredに比較する。Ｔij-cooingがΔＴij-cooingを越えてＴij-cooing-desiredからずれている場合には、ビームの移動スケジュールをステップ５８ａで変化させる。ビームの移動スケジュールを変更するには幾つかの方法がある。移動スケジュールを変更する一つの方法としては、領域が冷却し過ぎない前にビームによって領域を予加熱することである。放射線銃は、このとき、既に溶融している領域にわたり低いエネルギ強度及び／又は高い掃引速度で掃引する。
【００４２】
第３ステップ６０においてＴij-bedがＴij-bed-desiredからずれているか否かを判定する。このずれがΔＴij-bedを越える場合には、好適な実施例においては、ベッドの温度をステップ６０ａで修正し、この場合、例えば、エネルギ供給のためにベッドにわたりビームを掃引する。ベッドを個別に加熱する装備を装置に設けることもできる。
【００４３】
製造すべき物品の寸法制御は装置に据え付けた熱カメラを通して行う。上述したように、ベッド及び溶融した部分の測定を行う。記録された熱分布は形成すべき三次元物体の断面における物体形状に全体的に反映する。これにより、物体の寸法制御を第４ステップ６２で行い、放射線銃ビームのＸ‐Ｙ偏向のフィードバックを行う。本発明の好適な実施例においては、この制御はステップ６２ａにおいて、断面における測定値間のずれを決定し、このずれが許容範囲より大きい場合に放射線銃のＸ‐Ｙ偏向を修正する。
【００４４】
更に、カメラからの入力信号を利用し、例えば、発生しているスパークの形状における表面乱れの発現を認識することができる。表面乱れの座標を認識したとき、移動スケジュールを認識した座標に対して更新し、表面乱れをなくすようにする。
【００４５】
本発明は上述の実施例に限定されることなく、例えば、放射線銃をレーザによって構成することもでき、この場合、偏向部材は制御可能なミラー及び／又はレンズによって構成する。
【００４６】
本発明は、更に、エネルギ源から製品素材にエネルギを転移させることによって三次元製品を製造する装置にも使用することができ、この装置は、三次元製品を作製する作業テーブルと、製品ベッドを形成するため作業テーブル上に製品素材の薄い層を配置するよう構成したディスペンサと、製品ベッドの表面の選択した領域にエネルギを付与し、製品素材の相変位によってこの領域内の中実断面を形成する部材と、及び三次元製品を構成する順次の断面に関する情報を記憶するメモリを取り扱う制御コンピュータとを具え、制御コンピュータによってエネルギ放出部材を制御して選択した領域にエネルギを供給し、パウダーディスペンサにより敷設したパウダー層から順次形成した断面を順次に結合することによって三次元製品を形成する。
【００４７】
この場合、実施例は、放射線銃によってパウダーベッドの表面を照射してパウダーを溶融することに限定されない。製品素材は相変位後に中実体を形成する素材、例えば、溶融又は硬化後に固体化する素材であれば任意の材料で構成することができる。エネルギ放出部材は、作業表面にわたり走査を制御する電子銃、レーザ、又は製品ベッド上に直接断面を投影することができるエネルギ放出部材によって構成することができる。
【００４８】
更に、上述の実施例に関連して説明したすべての特徴を具えた実施例とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の断面図である。
【図２】  透明な窓を設けたチャンバの側面図である。
【図３】  窓の透明性を維持するための保護フィルムを供給しまた固着する装置の説明図である。
【図４】  一次移動スケジュールを生成するためのフローチャートである。
【図５】  装置の移動スケジュールのフローチャートである。
【図６】  この移動スケジュールを修正するフローチャートである。
【図７】  三次元物体を形成する際の線図である。
【図８】  図７の幾つかの断面図である。
【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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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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