(57)【要約】本発明は、電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行うための装置、特にステレオリトグラフの方法を行うための、特にレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機に関する。装置は、機器ハウジング（２）内に収容された構成空間（３）を備え、構成空間には焼結レーザ（６）のビーム（５）が結合するスキャナ（４）と、垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、供給コンテナから加工物台上の処理領域へ、粉末、ペーストまたは液体の形状の焼結物質を供給するコーターを備えた物質供給装置とを含む。前記スキャナ（４）が、モータによって前記加工物台（７）の上方をクロススライドの方法で移動することができるスキャナ支持部（８）上に配置されている。前記スキャナ支持部（８）のモータ駆動素子は装置（１）の制御コンピュータ（９）に接続され、加工物台（７）上でスキャナ（４）を動かすための構成処理中、このコンピュータによって制御される。【選択図】図１
2004514053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行うための装置、特にステレオリトグラフの方法（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ）を行うための、特にレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機であって、機器ハウジング（２）内に収容された構成空間（３）を備え、その構成空間には焼結レーザ（６）のビーム（５）が送られるスキャナ（４）と、垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、ならびに供給コンテナから加工物台上の処理領域へ、粉末、ペーストまたは液体の形状の焼結物質を供給するコーターを備えた物質供給装置とを含む装置であって、前記スキャナ（４）は、モータによって前記加工物台（７）の上方をクロススライド（ｃｒｏｓｓ ｓｌｉｄｅ）の方法で移動することができるスキャナ支持部（８）上に配置されており、前記スキャナ支持部（８）のモータ駆動素子は、前記装置（１）の制御コンピュータ（９）に接続され、加工物台（７）上でスキャナ（４）を動かすための構成処理中、このコンピュータによって制御される、装置。
【請求項２】
前記スキャナ支持部（８）が加工物台（７）上に垂直方向に移動可能に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
焼結レーザ（６）のビーム（５）の、スキャナ支持部（８）領域への照射が、スキャナ支持部（８）のサスペンション軸（１１〜１３）に対して平行に行われ、９０°偏向ミラー（１４）によってスキャナ（４）の光学的入力へ誘導される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記焼結レーザ（６）が、前記サスペンションのクロススライド装置（１５）に接続された機械フレームに、位置が固定されるように取り付けられている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記焼結レーザ（６）が、前記クロススライド装置（１５）の１つの軸（１２）に対して平行に移動することができる、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記焼結レーザ（６）がクロススライド装置（１５）の移動可能素子に取り付けられている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記焼結レーザ（６）が柔軟な透光素子（１６）を介してスキャナ（４）に接続されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記スキャナ支持部（８）のクロススライド装置（１５）がパイプ状もしくは棒状の支持素子を含み、前記レーザビーム（５）は、少なくとも部分的に、支持素子の内部に誘導および／または偏向される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置（１）の前記制御コンピュータ（９）は、前記クロススライド装置（１５）および前記スキャナミラー（１０）のモータ駆動素子を個別に制御するために設計されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
エネルギーの異なる少なくとも２つのレーザ光源が、それらのビーム（５）が少なくとも１つのスキャナ（４）によって、焼結されるべき加工物表面上または物質層に導かれるように配置された、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
２つのスキャナ（４、４’）がスキャナ支持部（８）上に配置されており、レーザ光源が各スキャナ（４、４’）に割り当てられている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記焼結レーザ（６）とは別に存在する、さらに別のレーザ光源が、スキャナ支持部（８）に取り付けられ、前記偏向装置に入るビーム（５）を垂直方向および下方向に偏向させる、本質的に固定されている光学偏向装置とともに作動する、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
距離センサ（３７）がスキャナ支持部（８）もしくはスキャナ（４）上に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記距離センサ（３７）がｚ軸方向に移動可能である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
構成処理中、大体積の加工物の端部領域にある構成ゾーンが扱われ、それによって構成処理中、スキャナが垂直軸に対して比較的小さな角度だけ前記レーザビームを偏向させる、請求項１の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項１６】
焼結されるべき各加工物層が制御コンピュータによって複数の構成ゾーンに分割され、照明処理中、前記スキャナは、クロススライド装置によってそれぞれの構成ゾーンの上に移動され、構成ゾーン内部で要求される前記ビーム偏向が前記スキャナミラーを動かすことによって行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
電磁放射線（レーザ光）による構成ゾーンへの連続的な照射は、構成ゾーンの多様性が確率的順序（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）において順次対処されるように、行われる、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記個別の構成ゾーンの端部領域が重なり合っている、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記個別の構成ゾーンの端部領域が個別にレーザ光による作用を受ける、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
レーザ光による端部領域への個別の作用が、前記スキャナミラーが静止している間にクロススライド装置を動かすことによって、特に、焼結されるべき物質層に垂直に落ちるレーザ光によって行われる、前記請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
加工物表面もしくはチャンネルもしくは加工物内部を走る内部表面が、略垂直に構成層もしくは表面にあたるレーザ光によって後照射（ｐｏｓｔ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ）される、前記請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
後照射中、表面の高密度化または平滑化が行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
レーザビームを垂直方向に当てること、したがって、正確に定められたレーザビームのフォーカシングを行うことによって、前記加工物の表面の精密処理が行われる、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
精密処理中、クロススライド装置の駆動素子のみが駆動され、前記レーザビームの構成表面への入射角度を変化させないで保つ、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
プロセスコンピュータによって調節可能な動力化フォーカシング素子の目的のために設けられている、構成層および／または表面に当たるエネルギー密度の選択的変更のための構成または処理手続きの間に、少なくとも１つのスキャナおよび／または光学偏向装置から放出されるレーザビームの焦点が、調節される、前記請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
構成層の輪郭がクロススライド装置の駆動素子を動かすことによって追従され、前記レーザビームの輪郭へのレーザ出力および／またはエネルギー密度が、移動速度に依存して制御される、前記請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
端部領域の角部への照射中、クロススライド装置が、前記角部内部を曲線的に動き、その結果、前記スキャナが連続的な曲面運動を行うことができ、前記レーザビームの焦点が、前記スキャナミラーの別々の、同期された、端部領域の角部に対するトラッキングによって導かれる、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２８】
端部領域の角部がクロススライド装置を減速させた状態で追従され、照射されるべき表面への速度依存的な出力制御および／またはエネルギー密度コントロールが行われる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
部品の輪郭および部品の表面の照明中、クロススライド装置およびスキャナミラーの動きが同期的に制御される、請求項１の特徴を有する装置を操作する方法。
【請求項３０】
複数の構成空間を１つの機械ハウジング内に備えることによって、前記スキャナ支持部が構成空間の間をモータによってクロススライドの方法で移動可能である、請求項１の特徴を有する装置を操作する方法。
【請求項３１】
物質供給装置も同様に、複数の構成空間の間をモータによって移動可能である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数の物質供給装置が設けられ、各場合ごとに、１つの物質供給装置が１つの構成空間に割り当てられる、前記請求項３０または３１の１項に記載の方法。
【請求項３３】
構成空間の構成表面のコーティングが、別の構成空間内のレーザによる照明と同時に行われる、前記請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記スキャナ支持部が機械的もしくは電気機械的普遍的センサを備え、前記レーザのレーザヘッドが、レーザ除去中、部品の高精度の配置、および／または、構成空間内のあらかじめ組み立てられた部品の配置のために機能する、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３５】
特にリング状の、スキャナキャリア上の吸引素子によるレーザ操作中、金属蒸気、煙、および金属スプレーを吸引によって除去し、吸引領域が部品表面のレーザ焦点のすぐ近くをトラッキングする、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３６】
不活性ガスを金属粉体に吹き付けて溶融させる方法であって、ガスが送風装置によってレーザ焦点のすぐ近くのスキャナキャリア上に供給され、レーザ焦点に隣接した吸引装置によって除去される、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３７】
前記スキャナ支持部（８）または前記スキャナ（４）上に距離センサ（３７）が配置されており、それによって、部品の処理中に距離測定が行われる、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３８】
前記スキャナ支持部（８）または前記スキャナ（４）上に距離センサ（３７）が配置されており、それによって、部品の処理後に距離測定が行われる請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置に関する。特に、ステレオリトグラフ構成プロセス（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を行うために好適なレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機に関する。ドイツ特許１９８４６４７８号により公知のレーザ焼結機は、構成空間が収容された機器ハウジングを含む。構成空間の上部領域には、焼結レーザのビームが送られるスキャナが配置されている。スキャナの下には、垂直方向に移動可能な加工物台が設けられており、その領域には、粉末、ペーストまたは液体の形状の焼結物質を供給コンテナから加工物台の上の処理領域へ供給する機能を果たすコーターを備えた物質供給装置が配置されている。
【０００２】
スキャナによって、レーザビームの焦点が、加工物台の上に配置された焼結物質層上に導かれ、焼結物質は加熱、溶融され、それによって固化される。
【０００３】
公知のレーザ焼結機には、この機械を用いて大体積の部品を生成するのに非常に困難を伴うという欠点がある。つまり、公知の走査装置によって、レーザビームを比較的遠く離れた端部領域に導けば、焦点、したがって入射エネルギー密度が必然的に変化し、その結果、比較的大きな加工物の端部領域の焼結物質の十分な均質性と安定性とを確保することがもはやできなくなる。さらに、ステレオリトグラフ的に生成された加工物の端部領域の比較的大きなビームずれによって、不正確さが生じることになる。したがって、斜めに入射したレーザビームによって、ラベリングおよび端部領域からの物質除去の際に問題が生じる。
【０００４】
本発明は、さらに請求項１の前提部分に記載のさらなる特徴を備えた、電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置であって、この装置を用いることによって、比較的大体積の精密な部品を生成、除去および／またはラベリングすることができるようにした装置をさらに開発するという課題に基づいている。この課題は、請求項１の特徴部分および従属請求項２〜１２の有利なさらなる開発結果によって達成される。請求項１の特徴を有する装置を操作する方法、大体積で、精密な、安定した加工物を生成、除去および／またはラベリングする方法を明らかにすることも本発明のさらに別の課題である。この課題は、請求項１３以降に記載の方法によって同様に達成される。
【０００５】
本発明の核が、公知の従来技術とは対照的に、スキャナが構成空間の上部領域に固定されておらず、むしろクロススライドの方法で加工物台の上を移動させることができるスキャナ支持部に取り付けられているということであることを考えれば、スキャナ支持部のモータ駆動素子は制御コンピュータに接続されており、スキャナを加工物台上で動かす構成処理中は、制御コンピュータによって制御される。これによって、スキャナを構成ゾーンのほぼ中心位置に動かして、露光させることができ、垂直方向からわずかな角度だけずらしたスキャナミラーによって、レーザビームをこの中心位置から構成層へと導くことができる。これらの方法によって、焦点の変化を大いに避けることができ、したがって構成の質が向上する。さらに、構成層をスキャナ支持部によって対処され得るゾーンへと分割することができる。各ゾーン内では、スキャナの操作により、層は本質的にレーザビームの焦点によって本質的に走査される。
【０００６】
さらに、加工物台上にスキャナ支持部を垂直方向に移動可能に配置できることが有利である。この結果、構成層に作用するエネルギー密度について更なるばらつきが生じるかもしれない。特に、例えば、欠陥をなくすため、または、さらに溶融することによって表面密度を上昇させるためなどの精密処理の意味において、既に完成している側面領域を表面的に修正する可能性が生じる。そのような場合、レーザビームは、例えば、スキャナによって、本質的に水平に偏向され、その結果、ビームは垂直方向に伸びる部品側面に直角に落ちる。加工物キャリアの高さ調節による上下運動によって、レーザビームの入射角度を維持することができ、それによって均一な修正を行うことができる。
【０００７】
請求項３〜８は、レーザの配置、特に、ビーム誘導に関連した特徴に関する。請求項７の光伝達素子を適用する場合を除いて、レーザビームは、クロススライド装置の上または内部において複数回偏向される必要があり、また、焼結構成空間においては、焼結粒子を蒸発させる際に異物混入が起こる可能性があるので、レーザビームのビーム誘導は、できる限り隠すように設計することが有用である。これは、ミラーもしくはプリズムのような偏向素子について特に当てはまることである。
【０００８】
モータ駆動素子とスキャナミラーは、別々に制御することができる。このように、すでに述べたように、例えば、層もしくは処理すべき表面に対するビームの入射角を保ちながら、クロススライド駆動装置を用いて作動させる、または、クロススライドはもちろんとして、スキャナミラーをも動かすことによって非常に迅速に表面走査を行うこともできる。例えば、表面を走査するために、表面上を、モータクロススライド駆動装置をゆっくり移動させること、および、スキャナミラー偏向によって表面の個別のゾーンを確率論的（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃａｌｌｙ）に走査することによって、双方の動きを組み合わせることができることは明らかである。
【０００９】
高次の粗な走査点をクロススライド装置で対処し、これらの粗な走査点上にスキャナをおき、その後、精密な走査の意味で、サブゾーンを走査することもできる。
【００１０】
特に有利な点によれば、スキャナ支持部またはスキャナ上に距離センサを配置することができる。このセンサによって、部品の処理と同時に距離測定を行うことができる。生じ得る瑕疵を処理中に即座に取り除くことができる。距離測定は、可視光または赤外領域によって行うことができる。
【００１１】
有利なことに、距離センサは、ｚ軸を中心とした移動を可能とすることができる。距離センサは、スキャナ支持部上、したがって、クロススライド駆動装置上に配置することができるので、ｚ軸を中心とした移動を容易に行うことができる。このように、部品の処理を行った後、距離測定を行うことができ、部品までの距離は、ｚ軸を中心とした移動によって短縮することができる。これによって正確な測定結果が生み出される。もちろん、距離測定は、部品の処理後に行うこともできる。
【００１２】
請求項１５〜２５から得られる有利な操作方法に関する詳細としては、この方法の重要なポイントは、構成層または部品表面上に作用して修正または刻印（ｅｎｇａｖｅｄ）ビームの入射角を任意に選択することが可能であるという点にある。構成処理中、物質層は本質的に垂直な入射角で作用することができ、一方、修正処理中は、例えば、下部切り取り面、くぼみ等の表面処理を可能とするために、レーザビームの入射角を一定に保つこと、または変化させることができる。
【００１３】
本発明のさらなる有利な開発においては、構成層の輪郭、即ち、外側端部をクロススライド装置の駆動素子の動きによって追従することができ、クロススライド装置の移動速度によって、輪郭に対するレーザビームの出力および／またはレーザビームのエネルギー密度を制御することができる。これは、低速の間は、レーザ出力が減少することを意味する。クロススライド装置が輪郭線上をより速く移動するとき、輪郭線に対するレーザ出力および／またはレーザビームのエネルギー密度を上昇させることができる。この方法の目的は、輪郭線に対するレーザエネルギーの衝突をクロススライド装置の移動速度にかかわらず、できるだけ一定にすることである。
【００１４】
請求項２７において、部品の端部領域の照射に関する特に有利な方法が教示されている。この教示は、比較的高い質量によってクロススライド装置が妨害されるという事実に基づいている。今、端部領域の角部、特に、加工物の輪郭の角部に対してレーザビームを追従させるとすれば、これは、クロススライド装置が、正確に角部に誘導され、そこで例えば、部品の角部輪郭に依存して直角または鋭角に回転させなければならないことを意味するだろう。ここで、クロススライド装置を動かすことによって、照射のみを行おうとすれば、高い正負の加速が生じる。
【００１５】
請求項２７の教示は、角部内部のクロススライド装置が回転するように動くことを確実にすることを意図するものである。すなわち、角部は半径によって短縮され、その結果、クロススライド装置に固定して取り付けられたスキャナヘッドは、連続的、すなわち、一定の曲線運動をすることができる。レーザビームの焦点は、個別の、同期したトラッキングによって、端部領域の角部に導かれる。スキャナミラーは、集合スキャナヘッドよりはるかに質量が低く、そのため、高速で、機構的ストレスを引き起こすことなく構成される。
【００１６】
請求項２８は別のアプローチの結果である。この請求項は、端部領域の角部がクロススライド装置の速度を抑えながら追従されること、および、照射されるべき表面に対する速度依存的出力もしくはエネルギー密度が制御されることを教示している。この方法の目的は、部品の輪郭線に対して，一定のエネルギー入力を行うことである。
【００１７】
請求項３０によれば、複数の構成空間が機械ハウジング内に設けられており、そこでは、クロススライドによって動力化された方法で移動する、単一のスキャナ支持部が構成スペース間を移動可能となる。すなわち、構成空間の間を前後に振動する。１つの機械ハウジング内に、単に２つの構成空間を並列に配置することができるだけではなく、むしろ、請求項１の前文に記載のように、１つの機械で４つの部品を同時に組み立てる、または、処理するために、例えば、略四角形の配置に任意の順序で４つの構成空間を配置することもできる。例えば、以下のような処理が行われる。
【００１８】
構成空間１：露光
構成空間２：コーティング
構成空間３：適正に露光された層の冷却相
構成空間４：適正に物質除去された層の冷却相
当然、例えば、２つの調整空間内で露光を、また、２つの別の構成空間内でコーティングを行うといった、別の処理方法も可能である。
【００１９】
請求項３４によれば、多機能をスキャナ支持部に割り当てることができる。すなわち、後者には、機械的もしくは電気機械的普遍的センサを設けることができる。そのセンサのセンサヘッドは、存在する表面上における組み立てをコーティングプロセスによって行うことができるような正確さで、レーザ除去のための部品を配置するために、または、組み立てる前の部品を構成空間に並べるために好適である。
【００２０】
金属蒸気、煙および金属スプレーの吸引による抽出は、一方で、構成構造の向上に関連し、他方で、構成チャンバ内の煙は構成表面への有効レーザ力を常に減少させることになる。煙が標的である場合、すなわち、原点で吸引によって抽出される場合、部品の構造的向上に加えて、構成速度の上昇が達成される。
【００２１】
請求項３６は、金属粉末もしくは除去すべき表面に対する不活性ガスの標的送風に関し、ガスは、レーザ焦点のすぐ近くの吸引装置による吸引によって除去される。
【００２２】
請求項３７は、スキャナ支持部上、または距離センサのスキャナ上の装置に関する。それによって、部品の処理中に距離測定を行っておくことができる。同様に、請求項３８によれば、距離測定のみ、または部品の処理後に追加的に距離測定を行うことができる。
【００２３】
有利な実施形態によって、図を用いて本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
図１は、第１の実施形態のビーム誘導を示す図である。
【００２５】
図２は、柔軟な透光素子を備えたビーム誘導の変更例を示す図である。
【００２６】
図３は、更なる実施形態の、移動可能なレーザ光源を備えた装置の更に別の形状を示す図である。
【００２７】
図４は、隠蔽されたビーム誘導の実施形態を示す図である。
【００２８】
図５は、クロススライド駆動装置およびスキャナの双方を用いた構成層の走査プロセスを示す模式図である。
【００２９】
図６は、表面処理中のビーム誘導および装置の部品の動きを示す模式図である。
【００３０】
図７は、スキャナの誘導、および部品の角部領域の輪郭放射中のレーザ焦点の模式図である。
【００３１】
図１に関して、ここに記載の本発明の装置１は、壁によって示された機器ハウジング２を含む。ハウジング内には、構成空間３が収容されている。構成空間３の上部領域にはスキャナ４が配置されており、そこには焼結レーザ６からのビーム５が送られる。構成空間３の下部領域には、垂直方向に移動可能な加工物台７ならびに物質供給装置（図示せず）が配置されている。それによって、粉末、ペーストまたは液体の形状の焼結物質が、供給コンテナ（図示せず）から加工物台（７）の上の処理領域へ供給される。
【００３２】
スキャナ４は、加工物台７上を電動式に移動できるスキャナ支持部８上の、構成空間３の上部領域に移動可能に配置されている。スキャナ支持部８は、クロススライド１５の方式で設計されている。スキャナ支持部８のモータ駆動素子は、プロセスの全工程に関わる制御コンピュータ９に接続されている。この制御コンピュータ９は、構成処理中は、加工物台７上のスキャナ４の動きおよびスキャナ４のハウジング内のスキャナミラー１０の動きの双方を制御する。スキャナ４は、ｘ軸１１およびｙ軸１２に沿って移動することができることに加えて、ｚ軸１３に沿った移動も可能である。これによって、スキャナ４は、加工物台７上、または後者の近くに存在する領域中での垂直方向の動きが可能である。
【００３３】
スキャナ支持部８の領域への焼結レーザ６からのビーム５の放射は、スキャナ支持部８のサスペンション軸１１、１２および１３に平行に、９０°偏向ミラーによって行われ、スキャナ４に光学的に入力される。
【００３４】
図１に示されている実施例においては、焼結装置６は、機械フレームに取り付けられているか、または機械ハウジング２に取り付けられている。しかしながら、別の焼結レーザ装置も可能である。例えば、図３のように、クロススライド装置１５の移動可能な素子、すなわち、横向きの台に焼結レーザ６を取り付けることができる。図２によれば、焼結レーザ６からの出力を柔軟な導光素子１６によってスキャナ４に接続することも同様に可能である。
【００３５】
スキャナ支持部８のクロススライド装置１５は、パイプ状もしくは棒状の支持素子を含み、前記レーザビーム５は、少なくとも部分的に、これらの支持素子内に誘導される。同様に、分散素子、例えば、９０°偏向ミラー１４が、図４に示されている実施例の支持素子内に配置される。
【００３６】
図５および６は、装置１の操作方法の一例を示す図である。
【００３７】
図５の平面図では、物質供給装置によって供給コンテナから塗布される加工物台７におかれた焼結物質層が示されている。この層を固化するために、レーザビームの形状の電磁放射線がこの層の上に焦点を結ぶ。それによって、後者が部分的または完全に溶融する。この方法は、構成層がプロセスコンピュータによっていくつかのセクタ、本実施例によれば６つのセクタに分割されるように行われる。まず、第１のセクタの中心Ｉを扱い、第１のセクタのセンタＩ上にスキャナを固定する。続いて、例えば、４つの４分円内において、スキャナミラーを操作して、構成ゾーン１、２、３、４、５等を順次走査する。このようにして、構成層の熱的過剰負荷（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｖｅｒｌｏａｄｉｎｇ）が避けられる。もちろん、確率的ばらつきにおいて、小さな表面１６、１７、および１８を、任意に扱うこともできる。同様に、これが加工物の構造、熱応力、および他の因子に基づけば有利であると思われる場合には、第１のセクタＩの終了前に、別のセクタ、例えば、セクタＩＩを扱い、部分的または完全に溶融する。ある有利な方法においては、各場合において、垂直方向からの大きな角度のずれが避けられる。そのずれは、例えば、構成層の中心ｚ上に、固定したスキャナヘッドを配置した場合に生じるものである。
【００３８】
図６は、既に仕上げられている加工物２１の表面２０を修正するために、軸に沿ったスキャナ支持部８の移動がどのように利用され得るのかを示した図である。
【００３９】
位置ａにおいては、スキャナ支持部８は、例えば、処理される表面２０に平行に走る移動トラック２２上を誘導される。したがって、垂直方向２３からのレーザのビーム５の偏向角度Ψは一定に保持することができ、その結果、ビーム５の表面２０へのレーザのビーム５の入射角は常に９０°となる。
【００４０】
位置ｂのスキャナ支持部８においては、スキャナ支持部を処理すべき表面２０に平行に移動させること、または、ビーム５を垂直方向２３から、比較的小さな角度でずらしながら、スキャナミラー１０を動かすことによって、表面２０を修正することのいずれかができる。
【００４１】
位置ｃにおいては、スキャナ支持部８を下部に導入し、そうでなければアクセスできないであろう下部切り取り面２４を照明することを可能とする。
【００４２】
位置ｄについても同様である。位置ｅにおいては、レーザのビーム５は、例えば、水平方向に位置づけたまま、ミラー１０は動かさず、スキャナ支持部８を位置ｅに対向する表面２０に平行に動かすことによって、表面を処理することが可能である。ここでは、レーザのビーム５を常に表面２０に垂直に当てるので、定められたエネルギー密度比が同様に行き渡る。
【００４３】
図６の下部領域を示した位置ｆにおいては、スキャナ支持部８を、処理すべき加工物の曲面２０にほぼ平行に配置された曲面路に沿って動かすことさえ可能である。その後、スキャナ４は、意図された修正精度を確実にするために、スキャナミラーを連続的に調節しながら、レーザビーム５を表面に対して常に垂直に投射することができる。
【００４４】
図７には、加工物表面３１を備えた加工物の角部領域３０を示す図である。部品の精度を高めるために、角部領域３０の輪郭線３２の上は、さらにもう一度レーザビームが移動する必要がある。輪郭線の直線領域３３においては、スキャナ４は、点線３４に平行に輪郭線を追従する。スキャナが部品の表面３１の角部３５に到達する前に、それは、短縮された曲線３６へ逸れるため、スキャナ４はクロススライド装置の素子とともに一定の動きをすることができる。曲線３６の半径は、クロススライド装置の素子の実際の構造を考慮して選択および最適化することができる。
【００４５】
距離センサ３７は、スキャナ支持部８上に配置されており（図１参照）、それによって加工物の処理中および加工物の処理後の両方において、距離測定を行うことができる。距離測定装置３７をスキャナ支持部８上に配置することができるので、この装置は同じクロススライド装置を用いて、ｚ軸に沿って同様に移動可能である。したがって、測定距離が短い部品の処理後に距離測定を行うこともでき、それによってより正確な測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のビーム誘導を示す図である。
【図２】柔軟な透光素子を備えたビーム誘導の変更例を示す図である。
【図３】更なる実施形態の、移動可能なレーザ光源を備えた装置の更に別の形状を示す図である。
【図４】隠蔽されたビーム誘導の実施形態を示す図である。
【図５】クロススライド駆動装置およびスキャナの双方を用いた構成層の走査プロセスを示す模式図である。
【図６】表面処理中のビーム誘導および装置の部品の動きを示す模式図である。
【図７】スキャナの誘導、および部品の角部領域の輪郭放射中のレーザ焦点の模式図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月4日(2002.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行うための装置、特にステレオリトグラフの方法（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ）を行うための、特にレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機であって、機器ハウジング（２）内に収容された構成空間（３）を備え、その構成空間には焼結レーザ（６）のビーム（５）が送られるスキャナ（４）と、垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、ならびに供給コンテナから加工物台上の処理領域へ、粉末、ペーストまたは液体の形状の焼結物質を供給するコーターを備えた物質供給装置とを含み、前記スキャナ（４）は、モータによって前記加工物台（７）の上方をクロススライド（ｃｒｏｓｓ ｓｌｉｄｅ）の方法で移動することができるスキャナ支持部（８）上に配置されており、前記スキャナ支持部（８）のモータ駆動素子は、前記装置（１）の制御コンピュータ（９）に接続され、加工物台（７）上でスキャナ（４）を動かすための構成処理中、このコンピュータによって制御される装置であって、エネルギーの異なる少なくとも２つのレーザ光源が、それらのビーム（５）が少なくとも１つのスキャナ（４）によって、焼結されるべき加工物表面上または物質層に導かれるように配置された、装置。
【請求項２】
前記スキャナ支持部（８）が加工物台（７）上に垂直方向に移動可能に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
焼結レーザ（６）のビーム（５）の、スキャナ支持部（８）領域への照射が、スキャナ支持部（８）のサスペンション軸（１１〜１３）に対して平行に行われ、９０°偏向ミラー（１４）によってスキャナ（４）の光学的入力へ誘導される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記焼結レーザ（６）が、前記サスペンションのクロススライド装置（１５）に接続された機械フレームに、位置が固定されるように取り付けられている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記焼結レーザ（６）が、前記クロススライド装置（１５）の１つの軸（１２）に対して平行に移動することができる、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記焼結レーザ（６）がクロススライド装置（１５）の移動可能素子に取り付けられている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記焼結レーザ（６）が柔軟な透光素子（１６）を介してスキャナ（４）に接続されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記スキャナ支持部（８）のクロススライド装置（１５）がパイプ状もしくは棒状の支持素子を含み、前記レーザビーム（５）は、少なくとも部分的に、支持素子の内部に誘導および／または偏向される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置（１）の前記制御コンピュータ（９）は、前記クロススライド装置（１５）および前記スキャナミラー（１０）のモータ駆動素子を個別に制御するために設計されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
２つのスキャナ（４、４’）がスキャナ支持部（８）上に配置されており、レーザ光源が各スキャナ（４、４’）に割り当てられている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記焼結レーザ（６）とは別に存在する、さらに別のレーザ光源が、スキャナ支持部（８）に取り付けられ、前記偏向装置に入るビーム（５）を垂直方向および下方向に偏向させる、本質的に固定されている光学偏向装置とともに作動する、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
距離センサ（３７）がスキャナ支持部（８）もしくはスキャナ（４）上に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記距離センサ（３７）がｚ軸方向に移動可能である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１の特徴を有する装置を操作するための方法であって、
構成処理中、大体積の加工物の端部領域にある構成ゾーンが扱われ、それによって構成処理中、スキャナが垂直軸に対して比較的小さな角度だけ前記レーザビームを偏向させ、
焼結されるべき各加工物層が制御コンピュータによって複数の構成ゾーンに分割され、照明処理中、前記スキャナは、クロススライド装置によってそれぞれの構成ゾーンの上に移動され、構成ゾーン内部で要求される前記ビーム偏向が前記スキャナミラーを動かすことによって行われ、および、
電磁放射線（レーザ光）による構成ゾーンへの連続的な照射は、構成ゾーンの多様性が確率的順序（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）において順次対処されるように、行われる、方法。
【請求項１５】
前記個別の構成ゾーンの端部領域が重なり合っている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記個別の構成ゾーンの端部領域が個別にレーザ光による作用を受ける、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
レーザ光による端部領域への個別の作用が、前記スキャナミラーが静止している間にクロススライド装置を動かすことによって、特に、焼結されるべき物質層に垂直に落ちるレーザ光によって行われる、前記請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
加工物表面もしくはチャンネルもしくは加工物内部を走る内部表面が、略垂直に構成層もしくは表面にあたるレーザ光によって後照射（ｐｏｓｔ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ）される、前記請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
後照射中、表面の高密度化または平滑化が行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
レーザビームを垂直方向に当てること、したがって、正確に定められたレーザビームのフォーカシングを行うことによって、前記加工物の表面の精密処理が行われる、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
精密処理中、クロススライド装置の駆動素子のみが駆動され、前記レーザビームの構成表面への入射角度を変化させないで保つ、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
プロセスコンピュータによって調節可能な動力化フォーカシング素子の目的のために設けられている、構成層および／または表面に当たるエネルギー密度の選択的変更のための構成または処理手続きの間に、少なくとも１つのスキャナおよび／または光学偏向装置から放出されるレーザビームの焦点が、調節される、前記請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
構成層の輪郭がクロススライド装置の駆動素子を動かすことによって追従され、前記レーザビームの輪郭へのレーザ出力および／またはエネルギー密度が、移動速度に依存して制御される、前記請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
端部領域の角部への照射中、クロススライド装置が、前記角部内部を曲線的に動き、その結果、前記スキャナが連続的な曲面運動を行うことができ、前記レーザビームの焦点が、前記スキャナミラーの別々の、同期された、端部領域の角部に対するトラッキングによって導かれる、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２５】
端部領域の角部がクロススライド装置を減速させた状態で追従され、照射されるべき表面への速度依存的な出力制御および／またはエネルギー密度コントロールが行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
部品の輪郭および部品の表面の照明中、クロススライド装置およびスキャナミラーの動きが同期的に制御される、請求項１の特徴を有する装置を操作する方法。
【請求項２７】
複数の構成空間を１つの機械ハウジング内に備えることによって、前記スキャナ支持部が構成空間の間をモータによってクロススライドの方法で移動可能である、請求項１の特徴を有する装置を操作する方法。
【請求項２８】
物質供給装置も同様に、複数の構成空間の間をモータによって移動可能である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の物質供給装置が設けられ、各場合ごとに、１つの物質供給装置が１つの構成空間に割り当てられる、前記請求項２７または２８の１項に記載の方法。
【請求項３０】
構成空間の構成表面のコーティングが、別の構成空間内のレーザによる照明と同時に行われる、前記請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記スキャナ支持部が機械的もしくは電気機械的普遍的センサを備え、前記レーザのレーザヘッドが、レーザ除去中、部品の高精度の配置、および／または、構成空間内のあらかじめ組み立てられた部品の配置のために機能する、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３２】
特にリング状の、スキャナキャリア上の吸引素子によるレーザ操作中、金属蒸気、煙、および金属スプレーを吸引によって除去し、吸引領域が部品表面のレーザ焦点のすぐ近くをトラッキングする、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３３】
不活性ガスを金属粉体に吹き付けて溶融させる方法であって、ガスが送風装置によってレーザ焦点のすぐ近くのスキャナキャリア上に供給され、レーザ焦点に隣接した吸引装置によって除去される、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３４】
前記スキャナ支持部（８）または前記スキャナ（４）上に距離センサ（３７）が配置されており、それによって、部品の処理中に距離測定が行われる、請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【請求項３５】
前記スキャナ支持部（８）または前記スキャナ（４）上に距離センサ（３７）が配置されており、それによって、部品の処理後に距離測定が行われる請求項１に記載の特徴を有する装置を操作するための方法。
【国際調査報告】
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