(57)【要約】  付加製造システムは、製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、垂直な軸に沿って移動可能な支持体と、垂直な軸に沿って支持体を移動させるためのアクチュエータと、プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するためのディスペンサと、供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源と、コントローラとを含む。垂直な軸に沿った支持体の動きが、プラテンの上面に向かって又は上面から離れるようディスペンサ及びエネルギー源を共に移動させるように、ディスペンサ及びエネルギー源がプラテン上で支持体に装着される。コントローラは、アクチュエータ、ディスペンサ及びエネルギー源に連結され、アクチュエータに支持体を移動させ、複数の連続層の各々が供給された後に、ディスペンサ及びアクチュエータを上面から離すよう持ち上げるように構成される。【選択図】図１Ａ
2018535114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、
垂直な軸に沿って移動可能な支持体と、
前記垂直な軸に沿って前記支持体を移動させるためのアクチュエータと、
前記プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するためのディスペンサと、
前記供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源であって、前記垂直な軸に沿った前記支持体の動きが、前記プラテンの前記上面に向かって又は前記上面から離れるよう前記ディスペンサ及び前記エネルギー源を共に移動させるように、前記ディスペンサ及び前記エネルギー源が前記プラテン上で前記支持体に装着される、エネルギー源と、
前記アクチュエータ、前記ディスペンサ及び前記エネルギー源に連結されたコントローラであって、前記アクチュエータに前記支持体を移動させ、前記複数の連続層の各々が供給された後に、前記ディスペンサ及び前記アクチュエータを前記上面から離すよう持ち上げるように構成されたコントローラと
を備える、付加製造システム。
【請求項２】
前記プラテンが垂直には動かないように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、前記アクチュエータに、層の溶融解した部分の厚さにおよそ等しい距離だけ前記支持体を移動させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記支持体が水平な軸に沿って移動可能であり、前記システムが前記水平な軸に沿って前記支持体を移動させるための第２のアクチュエータを備え、前記コントローラが前記第２のアクチュエータに連結され、前記コントローラが、前記第２のアクチュエータに前記水平な軸に沿って前記支持体を移動させ、前記供給材料の層が供給される間に、前記プラテンの前記上面全域で前記ディスペンサをスキャンするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記プラテンが水平には動かないように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記支持体が、前記プラテン上を水平に延びるプラットフォームを備え、前記プラットフォームが、前記プラテンの対向側面の水平なレールで支持されかつ当該水平なレールに沿って移動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記支持体が、前記プラテンの片側の一又は複数の水平なレールで支持されかつ当該水平なレールに沿って移動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記一又は複数の水平なレールが、前記プラテンの前記片側の一又は複数の垂直なレールに沿って支持されかつ移動可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ディスペンサ及び前記エネルギー源を保持するフレームを備え、前記支持体が実質的に垂直なプレートを備え、前記フレームの垂直なサイドパネルが、前記垂直なプレートに機械的に固定されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記支持体及び前記アクチュエータが、可動ロボットアームを有するロボットを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ロボットが６軸ロボットを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、
水平な軸に沿って移動可能であり、垂直なプレートを含む支持体と、
前記水平な軸に沿って前記支持体を移動させるためのアクチュエータと、
第１の垂直なサイドパネル、及び前記第１の垂直なサイドパネルに対向する第１のフレームの側面の第２の垂直なサイドパネルを有する第１のフレームであって、前記第１のフレームの前記第１の垂直なサイドパネルが前記支持体に機械的に固定されている、第１のフレームと、
前記第１のフレーム及び第２のフレームが前記プラテン上においてカンチレバー配置で保持されるように、前記第１のフレームの前記第２の垂直なサイドパネルに機械的に固定された前記第１の垂直なサイドパネルを有する第２のフレームと、
前記プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するための、前記第１のフレームに装着された第１のディスペンサと、
前記プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するための、前記第２のフレームに装着された第２のディスペンサであって、前記水平な軸に沿った前記支持体の動きが、前記プラテンの前記上面全域で前記水平な軸に沿って、前記第１のディスペンサ及び前記第２のディスペンサを共にスキャンする、第２のディスペンサと、
前記供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源と
を備える、付加製造システム。
【請求項１３】
前記垂直なプレート、前記第１のフレーム及び前記第２のフレームが、前記水平な軸に垂直な線に沿って順番に位置付けられ、前記第１のディスペンサが、前記プラテンの第１の部分に供給材料の前記複数の連続層を供給するように構成され、前記第２のディスペンサが、前記第１の部分に平行に延びる前記プラテンの第２の部分に、供給材料の前記複数の連続層を供給するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記エネルギー源が、前記プラテンの前記第１の部分で供給材料を溶融解させるための、前記第１のフレームに装着された第１のエネルギー源、及び前記プラテンの前記第２の部分で供給材料を溶融解させるための、前記第２のフレームに装着された第２のエネルギー源を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、
支持体と、
前記プラテン及び／又は前記支持体に連結され、それらの間に相対運動を生成するアクチュエータシステムと、
前記プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するためのディスペンサと、
前記供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源であって、前記ディスペンサ及び前記エネルギー源が前記プラテン上で前記支持体に装着される、エネルギー源と、
前記支持体と供給材料の前記連続層の上面との間の距離を測定するように構成された計測システムと、
前記アクチュエータ、前記ディスペンサ及び前記エネルギー源に連結されたコントローラであって、前記ディスペンサが供給材料の層を供給する間に、前記アクチュエータシステムに前記支持体に対する前記プラテンの横運動を生成させ、前記計測システムからの測定値を受信させ、前記横運動中に前記支持体と前記上面との間で一定の距離を維持するために、前記アクチュエータシステムに、前記横運動中に前記支持体に対する前記プラテンの垂直な位置を調節させ、前記アクチュエータシステムに、前記プラテンと前記支持体との間で垂直運動を生成させ、前記複数の連続層の各々が供給された後に、前記ディスペンサと前記上面との間の距離を増加させるように構成されたコントローラと
を備える、付加製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造に関し、より具体的には、粉末の層が分配される３Ｄ印刷プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状製造又は３Ｄ印刷としても知られる付加製造（ＡＭ）は、３次元の物体が、連続する２次元層又は断面によって（一般的に粉末、液体、懸濁液、又は融解固形物である）原材料から作り上げられる、任意の製造プロセスを指す。それに対して、従来の機械加工技法にはサブトラクティブプロセスが含まれ、木材又は金属の塊といったストック材料から切り出された物体が作り出される。
【０００３】
付加製造には、様々な付加プロセスを用いることができる。様々なプロセスは、完成物を製作するために層を堆積させる方法、及び各プロセスでの使用に互換性がある材料で異なっている。例えば、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）といったいくつかの方法では、層を作り出すために材料を融解または軟化させるが、一方で、例えば光造形法（ＳＬＡ）といった別の技法を用いて、液体材料を硬化させる技法もある。
【０００４】
焼結とは、例えば粉末などの小さな粒を融合させて物体を製作する処理である。焼結は通常、粉末の加熱を含む。焼結プロセス中に、粉末状材料が十分な温度まで加熱されたとき、粉末粒子中の原子が粒子間の境界を超えて拡散し、粒子同士を融合させ、固体片を形成する。溶融解とは対照的に、焼結に用いられる粉末は、液相に達する必要がない。焼結温度が物体の溶融解点に達する必要がないので、焼結は、タングステン及びモリブデンなどの溶融解点が高い材料に使用されることが多い。付加製造には、焼結と溶融解の両方を用いることができる。
【０００５】
従来の粉末ベースの付加製造システムは、粉末状の材料の層をステージに堆積させることができる。粉末状材料を焼結又は溶融解させるためのエネルギー源、典型的にはビームが、粉末状材料の層の選択された点に向けられ、層全域の選択された場所での作動でラスタースキャンされる際に、レーザビーム又は電子ビームが使用される。第１の層の選択された場所全てが焼結又は溶融解されると、ステージが低くなり、完成した層の上に粉末状材料の新たな層が堆積し、所望の物体が作製されるまで、１層ごとにそのプロセスが繰り返される。
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様では、付加製造システムは、製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、垂直な軸に沿って移動可能な支持体と、垂直な軸に沿って支持体を移動させるためのアクチュエータと、プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するためのディスペンサと、供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源と、コントローラとを含む。垂直な軸に沿った支持体の動きが、プラテンの上面に向かって又は上面から離すようディスペンサ及びエネルギー源を共に移動させるように、ディスペンサ及びエネルギー源がプラテン上で支持体に装着される。コントローラは、アクチュエータ、ディスペンサ及びエネルギー源に連結され、アクチュエータに支持体を移動させ、複数の連続層の各々が供給された後に、ディスペンサ及びアクチュエータを上面から離すよう持ち上げるように構成される。
【０００７】
特徴は、下記の一又は複数を含みうる。プラテンは、垂直には動かないように構成されうる。コントローラは、アクチュエータに、層の溶融解した部分の厚さにおよそ等しい距離だけ、支持体を移動させるように構成されうる。支持体は、水平な軸に沿って移動可能でありうる。システムは、水平な軸に沿って支持体を移動させるための第２のアクチュエータを含み、コントローラが第２のアクチュエータに連結され、コントローラが、第２のアクチュエータに水平な軸に沿って支持体を移動させ、供給材料の層が供給される間に、プラテンの上面全域でディスペンサをスキャンするように構成されうる。プラテンは、水平には動かないように構成されうる。
【０００８】
支持体は、プラテン上を水平に延びるプラットフォームを含み、プラットフォームは、プラテンの対向側面の水平なレールに沿って支持されかつその水平なレールに沿って移動可能でありうる。水平なレールは、プラテンの対向側面の垂直なレールに沿って支持されかつ移動可能でありうる。フレームは、ディスペンサ及びエネルギー源を保持し、プラットフォームの開孔に嵌合しうる。支持体は、プラテンの片側の一又は複数の水平なレールで支持されかつ当該一又は複数の水平なレールに沿って移動可能でありうる。一又は複数の水平なレールが、プラテンの片側の一又は複数の垂直なレールに沿って支持されかつ移動可能でありうる。フレームは、ディスペンサ及びエネルギー源を保持し、支持体が実質的に垂直なプレートを含み、フレームの垂直なサイドパネルは、垂直なプレートに機械的に固定されうる。
【０００９】
支持体及びアクチュエータは、可動ロボットアームを有するロボットを含みうる。ロボットは、６軸ロボットでありうる。
【００１０】
熱源は、供給材料が溶融解する温度未満の温度まで層を加熱するように構成され、熱源は、支持体に装着されうる。熱源は、加熱ランプのアレイを含みうる。第２の軸に沿って延びるローラ又はブレードは、供給材料の層を平滑化するように構成され、ローラ又はブレードは、支持体に装着されうる。
【００１１】
別の態様では、付加製造システムは、製造されている物体を支持するための上面を有するプラテンと、水平な軸に沿って移動可能であり、垂直なプレートを含む支持体と、水平な軸に沿って支持体を移動させるためのアクチュエータと、第１のフレームと、プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するための、第１のフレームに装着された第１のディスペンサと、第２のフレームと、プラテン上に供給材料の複数の連続層を供給するための、第２のフレームに装着された第２のディスペンサと、供給材料の少なくとも一部を溶融解させるように構成されたエネルギー源とを含む。第１のフレームは、第１の垂直なサイドパネルと、第１の垂直なサイドパネルに対向する側の第２の垂直なサイドパネルとを有し、第１のフレームの第１の垂直なサイドパネルは、支持体に機械的に固定される。第１のフレーム及び第２のフレームが、プラテン上においてカンチレバー配置で（ｉｎ  ａ  ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）保持されるように、第２のフレームは、第１のフレームの第２の垂直なサイドパネルに機械的に固定された第１の垂直なサイドパネルを有する。水平な軸に沿った支持体の動きは、プラテンの上面全域で水平な軸に沿って、第１のディスペンサと第２のディスペンサとを共にスキャンする。
【００１２】
特徴は、下記の一又は複数を含みうる。垂直なプレート、第１のフレーム及び第２のフレームは、水平な軸に垂直な線に沿って順番に位置付けられ、第１のディスペンサが、プラテンの第１の部分に供給材料の複数の連続層を供給するように構成され、第２のディスペンサが、第１の部分に平行に延びるプラテンの第２の部分に、供給材料の複数の連続層を供給するように構成されている。
【００１３】
エネルギー源は、プラテンの第１の部分で供給材料を溶融解させるための、第１のフレームに装着された第１のエネルギー源、及びプラテンの第２の部分で供給材料を溶融解させるための、第２のフレームに装着された第２のエネルギー源を含みうる。熱源は、供給材料が溶融解する温度未満の温度まで層を加熱するように構成され、熱源は、支持体に装着されうる。熱源は、プラテンの第１の部分で供給材料を加熱するために第１のフレームに装着された第１の熱源、及びプラテンの第２の部分で供給材料を加熱するために第２のフレームに装着された第２の熱源を含みうる。各熱源は、加熱ランプのアレイを含みうる。
【００１４】
上記の利点は、以下のものを含みうるが、これらに限定されない。付加製造システムの構成要素、例えば、供給材料ディスペンサ及びエネルギー源（プリントヘッドモジュール内に配置することができる）と、処理されている供給材料の層との間の距離を調節することが所望でありうる。これらの構成要素と処理されている供給材料の層との間で一定の距離を維持することによって、付加製造プロセスの質を改善することができ、例えば、選択した場所の溶融解の信頼性、分配された層厚の均一性、溶融解した材料の材料特徴の均一性を改善することができる。
【００１５】
付加製造プロセスのスループット及びビルドベッドサイズが増加するにつれ、供給材料を支持するプラテンを移動させることが困難になる可能性がある。したがって、プラテンを固定したまま、付加製造プロセス中に、プラテンに向かって又はプラテンから離れるように、プリントヘッドモジュールを移動させることが所望である。これにより、極端にかさばった、例えば１トン以上などの構成要素が、付加製造によって製造される可能性がある。
【００１６】
一又は複数の実行態様の詳細を、添付図面及び以下の説明において明記する。他の潜在的な特徴、態様及び利点が、本記述、図面及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】例示的付加製造システムの概略側面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示す付加製造システムの上面図である。
【図２Ａ】例示的付加製造システムの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す付加製造システムの上面図である。
【図３】例示的付加製造システムの概略側面図を示す。
【図４】例示的付加製造システムの概略図を示す。
【図５】プリントヘッドモジュールの側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
様々な図面における同じ参照番号及び記号表示は、同じ要素を表す。
【００１９】
付加製造システムは、供給材料の層（例えば、粉末、液体、懸濁液、溶融固体）をプラテン上に堆積させるディスペンサ、及び供給材料の層の部分を溶融解させるエネルギー源を含む。ディスペンサ／エネルギー源と、ディスペンサ及びエネルギー源モジュールに面する供給材料の層（ここから先「接面」と呼ぶ）との間の距離が、製造プロセス中に層間で変わらない状態を維持することが所望である。例えば、エネルギー源及び接面からの距離が変化する場合、供給材料を溶融解させるのに必要な電力量が変わる可能性があり、溶融解ステップの信頼性が低下しうる。エネルギー源（例えば、レーザ）と接面との間の距離を調節し、エネルギー源が接面で確実に焦点から外れないようにすることも所望でありうる。別の例として、ディスペンサ及び接面からの距離が変化する場合、供給材料の接面への分配に影響を及ぼす可能性があり、分配ステップの信頼性が低下しうる。
【００２０】
製造プロセス中にプラテン（供給材料を堆積させた）とディスペンサ及びエネルギー源とが垂直に調節される場合、ディスペンサ又はエネルギー源と接面との間の距離は、供給材料の新たな層の堆積及び処理に伴い減少しうる。例えば、ディスペンサ又はエネルギー源と接面との間の距離は、プラテンが移動しない場合、新たに堆積し処理される供給材料の層の厚さにより減少しうる。
【００２１】
新たに堆積した層の厚さがプラテンの１つの領域から別の領域まで変化することが所望でありうる。そのような場合、ディスペンサ／エネルギー源間の垂直な距離は、新たに堆積する層が処理されている間に、調節する必要がありうる。
【００２２】
供給材料の新たな層の堆積後に、プラテンとディスペンサ又はエネルギー源モジュールとの間の相対的距離が、供給材料の新たな層の厚さだけ増加する場合、プリントヘッドモジュールと供給材料の接面との間の距離は、層間で一定の状態を保つことができる。供給材料の新たに堆積した層の厚さに対応する距離だけ、ディスペンサ及びエネルギー源を互いから離して支持するプラテンかフレームかのどちらかを移動させることにより、これを実現することができる。
【００２３】
製造プロセスのより大きなビルドベッドサイズを支持するためプラテンのサイズが増加すると、製造プロセス中にプラテンを移動させることが困難になる可能性がある。例えば、堆積した供給材料を伴うプラテンの重量は、プラテンの移動を実行不可能とする可能性があるほど相当に多量となりうる。例えば、ジェットエンジン部品は、数百ポンドの重量があるかもしれない。また、製造プロセスに所望である精度でプラテン全体の垂直な位置を調節することが困難になる可能性もある。したがって、付加製造システムは、ディスペンサ及びエネルギー源を移動させるように構成することができる。ディスペンサ及びエネルギー源を移動させることができる機構、例えば、ガントリ、カンチレバー装着、又はロボットアームなどによって、これを実現することができる。供給材料の処理中又は供給材料の層の処理中に、ディスペンサ及びエネルギー源と接面との間の距離を層間で調節することができるように、例えば、ディスペンサ及びエネルギー源は、プラテンに平行かつプラテンから離れるように／プラテンに向かって移動する（例えば、供給材料の新たに堆積した層の厚さに対応する距離だけ）ように構成することができる。
【００２４】
また、供給材料の新たな層が処理されている間に、ディスペンサ及びエネルギー源とプラテンとの間の距離を変化させることも所望でありうる。これは、接面がプラテンに実質的に平行でない場合に所望でありうる。例えば、プラテンの表面が平らでない場合、又は堆積した層の厚さが同じでない場合（接面とプラテンとの間の距離が、プラテンの表面に沿って変化するように）、製造プロセス中に、ディスペンサ及びエネルギー源と接面との間の距離が確実に変化しない状態を維持するために、ディスペンサ及びエネルギー源は、プラテンに対して移動する必要がありうる。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂは、例示的付加製造システム１００の概略図を示す。システム１００は、ハウジング１０２を含み、かつハウジング１０２によって囲むことができる。ハウジング１０２は、例えば、約１Ｔｏｒｒ以下の圧力で、真空環境がハウジング内部のチャンバ１０１に維持できるようにすることができる。代替的には、チャンバ１０１の内部は、例えば、粒子を除去するためにフィルタリングされたガスなどの実質的に純粋なガスとすることができ、又はチャンバを大気に通気することができる、若しくはチャンバを大気を上回る正圧で（ａｔ  ａ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｂｏｖｅ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）保持することができる。ガスは、ガス源（図示されず）からガス入口１０３を通って、又はガスナイフを通って、チャンバ１０１に侵入することができる。ガスナイフは、ビルドベッドステージ（ｂｕｉｌｄ  ｂｅｄ  ｓｔａｇｅ）の幅全域に実質的に均一な流量で不活性ガスを分配することができる。ガスナイフは、ｚ軸に沿って移動可能とすることができる。ガスナイフは、プリントヘッドプラットフォーム１５０内に統合することができ、又は別個のユニットとすることができる。チャンバからのガスは、固定することができ又はｚ軸に沿って移動することができる真空ベント１０４を通して除去することができる。
【００２６】
システム１００は、供給材料の層を受ける又は支持するプラテン１０５を含む。プラテン１０５は、例えば、抵抗ヒータ又は下方ランプアレイなどのヒータ１０９を含むことができ又はヒータ１０９上方に載置することができ、ヒータ１０９により、プラテン１０５を加熱することができ、よってプラテン１０５上に堆積した供給材料を加熱することができる。
【００２７】
プリントヘッドプラットフォーム／支持体１５０は、プラテン１０５上方に位置付けられる。プリントヘッドプラットフォーム１５０は、一又は複数のプリントヘッドモジュール１１０（図１Ｂを参照）を運ぶように構成される。各プリントヘッドモジュールは、プラットフォーム１５０に取り外し可能に装着される。プリントヘッドプラットフォーム１５０は、ガントリ１３０の一部によって支持され、かつガントリ１３０の一部を形成することができる。アクチュエータシステム１５２は、プリントヘッドプラットフォーム１５０がプラテン１０５全域を（例えば、ｙ軸に沿って）移動できるようにする。ガントリ１３０は、垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂ、例えば、垂直なレール又はシャフトによって支持される。垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂは、プラテン１０５から分離され、かつプラテン１０５に装着されておらず、プラテン１０５に対して移動しなくてもよい。支持体１３４ａ及び１３４ｂ、並びにプラテン１０５は、例えば、ハウジング１０２によって支持することができる。
【００２８】
アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂは、ガントリ１３０を垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂに対してそれぞれ移動させることができる。例えば、アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂは、垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂとスライド係合した状態とすることができる。その結果、プラットフォーム１５０は、プラテン１０５に対して、ｚ軸に沿って移動することができる。
【００２９】
アクチュエータ１５２により、ガントリ１３０に沿ってプラットフォーム１５０の水平な位置を調節することによって、例えば、プラットフォーム１５０が製造プロセスを実行するプラテン１０５全域を移動しているときに、プラットフォーム１５０は、プラテン１０５に実質的に平行に移動するように構成することができる。いったんアクチュエータ１５２が基板全域のプラットフォーム１５０をスキャンして、供給材料の層全体がプラットフォーム１５０によって堆積及び処理されてしまうと、アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂは、堆積及び溶融解した供給材料の層の厚さに対応する距離だけ、ｚ方向に沿ってプラテン１０５に対してガントリ１３０（更にプラットフォーム１５０）を移動させることができる。
【００３０】
プラットフォーム１５０は、プラットフォーム１５０と、プラットフォーム１５０下にあるプラテン１０５に堆積した供給材料の接面１０６の部分との間の距離を検出することができる計測システムを含むことができる。計測システムは、例えば、光電センサ又はレーザセンサとすることができる。プラットフォームがプラテン１０５全域で（ｙ方向に沿って）スライドする際に、計測システムは、プラットフォーム１５０と接面１０６との間の距離を定期的に測定し、コントローラ１９０に測定に関する情報を送信することができる。接面１０６が平らでない場合、即ち、プラットフォーム１５０がプラテン１０５上をスライドする際に、プラットフォーム１５０と接面１０６との間の距離が変化する場合、計測システムは、コントローラ１９０にこの情報を送ることになる。プラットフォームがプラテン１０５上を（ｙ方向に沿って）スライドする際に、プラットフォーム１５０とプラットフォーム１５０直下にある接面１０６の一部との間の距離が変化しない状態であるように、ガントリ１３０を調節するために、コントローラ１９０は、アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂに信号を送ってもよい。
【００３１】
コントローラ１９０は、付加製造プロセスの種々の態様を制御する。例えば、コントローラ１９０は、アクチュエータシステム１５２、１３４ａ及び１３５ｂ、更にはプリントヘッドプラットフォーム１５０の動きを制御する。コントローラ１９０はまた、プリントヘッドプラットフォーム１５０に含まれるプリントヘッドモジュール１１０（図１Ｂを参照）の相対運動及び動作を制御することができる。コントローラはまた、プリントヘッドプラットフォーム１５０に含まれる種々の「グローバル（ｇｌｏｂａｌ）」印刷構成要素の動作も制御することができる。
【００３２】
図１Ｂは、図１Ａに示す例示的付加製造システム１００の上面図である。プリントヘッドプラットフォーム１５０は、ガントリ１３０の水平な支持体１３０ａ及び１３０ｂ、例えばレール又はシャフトにスライド可能に装着される。例えば、アクチュエータ１５２（図１Ａに示される）を駆動する際に、ガントリ１３０のレール１３０ａ及び１３０ｂをスライドさせることによって、プリントヘッドプラットフォーム１５０は、プラテン１０５上を（ｙ軸に沿って）横断することができる。
【００３３】
レール１３０ａは、その端部で、垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂによって支持される。支持体１３４ａ及び１３４ｂに対する（ｚ方向に沿った）レール１３０ａの端部の位置は、アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂによってそれぞれ制御することができる。同様に、垂直な支持体１３４ｃ及び１３４ｄに対する（ｚ方向に沿った）レール１３０ｂの端部の位置は、アクチュエータ１３５ｃ及び１３５ｄによってそれぞれ制御することができる。
【００３４】
アクチュエータ１３５ａ〜ｄは、コントローラ１９０によって制御することができる。コントローラ１９０はまた、プラットフォーム１５０のグローバル印刷構成要素１２２及び１２０を制御することができる。グローバル印刷構成要素１２０／１２２は、プラットフォーム１５０と接面１０６との間の距離又は接面の温度を測定し、それらについての情報をコントローラ１９０に送ることができる計測システムを含むことができる。プラットフォームがプラテン１０５上を（ｙ方向に沿って）スライドする際に、又は供給材料の層が堆積及び処理された後に、プラットフォーム１５０と接面１０６との間の距離が変化しない状態であるように、コントローラ１９０はまた、アクチュエータ１３５ａ〜ｄを制御することができる。コントローラ１９０はまた、グローバル印刷構成要素１２２に含むことができるスプレッダ（例えば、ブレード又はローラ）を制御することができる。
【００３５】
プリントヘッドプラットフォーム１５０は、一又は複数のプリントヘッドモジュール１１０を含むことができる。各プリントヘッドモジュール１１０は、プラットフォーム１５０に取り外し可能に装着することができる。例えば、プリントヘッドモジュールは、プリントヘッドプラットフォーム１５０の開孔に嵌合することができる。この文脈における「取り外し可能に装着された」とは、プリントヘッド１１０がプラットフォーム１５０に対して固定位置に機械的に保持されるが、プリントヘッド又はプラットフォームに損傷を与えることなく、標準手持ち構築ツール、例えばレンチ又は電動ドライバなどを使用することによって、プリントヘッド１１０を取り外すことができるように、プリントヘッド１１０を設置できることを意味する。例えば、プリントヘッド１１０のフレームは、機械的締め具、例えばナット及びボルトによって、プラットフォーム１５０に固定することができる。オペレータがプリントヘッド１１０を取り外したいときには、ボルトが緩められ、プリントヘッドが取り出される。
【００３６】
加えて、プリントヘッド１１０及びプリントヘッド中の構成要素、例えば、ディスペンサ、スプレッダ（例えば、ローラ又はブレード）、熱源及びエネルギー源は、それらがプラットフォーム１５０からの単一ユニットとして装着及び装着解除できるように構成される。これにより、付加製造システム１００の構築及び修理が容易に可能となる。
【００３７】
図１Ｂに示すように、複数のプリントヘッドモジュール１１０は、プラテン１０５の幅全体に及ぶよう千鳥状に（ｉｎ  ａ  ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  ｆａｓｈｉｏｎ）配置することができる。これにより、プラテン１０５上をプラットフォーム１５０が１回通過するだけで（ｗｉｔｈ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｐａｓｓ）対象物の層が製造可能となる。プリントヘッドモジュール１１０は、プラテンに堆積した供給材料の長方形片において製造プロセスを実行する。
【００３８】
プラットフォーム１５０はまた、グローバル印刷構成要素１２０及び１２２を支持することもできる。これらのグローバル印刷構成要素は、プリントヘッド１１０のフレームというよりはむしろ、プラットフォーム１５０に直接装着される。印刷構成要素１２０は、堆積した供給材料を分配し滑らかにすることができるグローバルディスペンサとすることができる。幾つかの実施態様では、印刷構成要素１２０はまた、例えば、グローバル計測システム１２２に類似したグローバル計測システムとすることもできる。グローバル計測システムは、センサ、熱イメージャ又は光学カメラのうちの一又は複数を備えることができる。グローバル印刷構成要素１２０／１２２は、ガス（例えば、不活性ガス）をチャンバ１０１内に分配することができるエアナイフを含むことができる。
【００３９】
１つの実施態様において、システム１５０がプラテン１０５全域を左から右へ（＋ｙ方向に沿って）移動する際に、第１のグローバル計測システム１２０は、システムの前方エッジを形成し、順次、プリントヘッドモジュール１１０、最後に第２のグローバル計測システム１２２を続けて形成する。したがって、システム１５０の前方エッジにおけるグローバル計測システム１２０は、プラットフォーム１５０と接面１０６との間の温度及び／又は垂直な距離など、種々のパラメータを測定することができる。
【００４０】
計測システムからのデータは、プリントヘッドモジュール１１０の動作を制御するために、コントローラ１９０に供給することができる。例えば、供給材料ディスペンサが制御可能である場合、分配する材料の量を決定し、層厚の均一性を改善するために、プラットフォーム１５０と表面１０６との間の距離の測定がコントローラにより使用できる。同様に、層の温度に関するデータは、溶融解する部分が均一の温度まで上昇するように、熱源及び／又はエネルギー源に供給される電力を制御するために使用することができる。システム１５０の後方エッジにおけるグローバル計測システム１２２は、付加製造プロセスと関連した種々のパラメータ、例えば、溶／融解した供給材料の温度及び／又は表面粗さなど、を測定することができる。また、このデータは、例えばフィードバック／フィードフォワードループ内で、プリントヘッドモジュール１１０の動作を制御し、改善した均一性及び欠陥補償を提供するために、コントローラ１９０に供給することができる。
【００４１】
幾つかの実施態様では、計測システムの各セグメントが、一又は複数のプリントヘッドモジュールによって溶融解した供給材料の測定実行に関与するように、グローバル計測システム１２２は、ｘ方向に沿って幾つかのセグメントに分割することができる。
【００４２】
幾つかの実施態様では、付加製造プロセスは、一方向的なもの、即ち、付加製造プロセスは、プラットフォーム１５０が左から右へ又は右から左へ移動しているときだけ生じる、とすることができる。別の例では、付加製造プロセスは、双方向的なもの、即ち、付加製造プロセスは、プラットフォーム１５０が左から右へ及び右から左への両方において移動しているときに生じる、とすることができる。
【００４３】
各層が製造された後にプリントヘッドプラットフォーム１５０の垂直な位置を調節することによって、ディスペンサ及びエネルギー源と接面１０６との間の距離は、製造プロセス中に層間で一定に維持される。更に、いくつかの実施態様では、例えば、プラテン１０５の表面の非均一性若しくは層厚の非均一性を補償するために、又はビルドプロセスのスループットを増加させるために、プリントヘッドプラットフォーム１５０が層の製造のためにプラテン１０５全域をスキャンする際に、垂直な位置は調節することができる。
【００４４】
図２Ａ及び図２Ｂは、プリントヘッドモジュールがプラテン上においてカンチレバー配置で（ｉｎ  ａ  ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）保持される例示的付加製造システム２００の概略図を示す。要するに、プリントヘッドは、両エッジよりむしろ一方のみで支持される。
【００４５】
チャンバ１０２が図２Ａ及び図２Ｂには示されていないが、存在していてもよい。システム２００は、プラテン１０５で製造プロセスを実行するプリントヘッドモジュール１１０（ｙ軸に沿って配置される）を含む。図１Ａ及び図１Ｂのように、システム２００のプリントヘッドモジュール１１０は、プラテン１０５全域を（ｙ方向に沿って）、プラテン１０５の表面に垂直に（ｚ方向に沿って）移動するように構成される。図１Ａ及び図１Ｂに関して説明された理由と類似の理由で、モジュール１１０をプラテン１０５に向かって及びプラテン１０５から離すように移動させることが望ましい。
【００４６】
プリントヘッドモジュール１１０は、ホッパー２２０、フレーム２４０及び加熱ランプアレイ２５５を備えることができる（プリントヘッドモジュール１１０の詳細及び付加製造プロセス中のその動作については、図５で説明することになる）。ホッパー２２０は、プリントヘッドモジュール１１０のディスペンサによってプラテン１０５に分配される供給材料を保持する。フレーム２４０は、第１のサイドパネル２４０ａ及び第２のサイドパネル２４０ｂを含む。水平な支持体２３６ａ及び２３６ｂに沿って（ｙ軸に沿って）スライドするために、支持プレート２４２がアクチュエータ２６２（図２Ｂに示される）によって駆動できるように、第２のサイドパネル２４０ｂは、水平な支持体２３６ａ及び２３６ｂに連結された垂直な支持プレート２４２に取り外し可能に取り付けられる。水平な支持体２３６ａ及び２３６ｂは、水平なフレーム２３８に取り付けられる。プリントヘッドモジュール１１０、垂直な支持プレート２４２、水平な支持体２３６ａ及び２３６ｂ並びに水平なフレーム２３８は一緒に、印刷装置２７０（図２Ｂに示される）を構成する。
【００４７】
幾つかの実施態様では、別のプリントヘッドモジュール１１０（図示されず）は、ｘ軸に沿って延びるように、第１のサイドパネル２４０ａに沿って、プリントヘッドモジュール１１０（図２Ａに示される）に取り外し可能に取り付けることができる。例えば、一方のプリントヘッドモジュールのサイドパネルは、もう一方のプリントヘッドモジュールのサイドパネルに当接し固定することができる。そのような配置により、製造プロセスが、垂直な支持プレート２４２に取り付けられた単一のプリントヘッドモジュール１１０によりアクセスできなかったプラテンの部分で（ｘ方向に沿って）発生可能となりうる。
【００４８】
印刷装置２７０（図２Ｂを参照）は、製造プロセス中に、プラテン１０５に向かって又はプラテン１０５から離れるよう移動するように構成することができる。例えば、プラテン１０５の表面がｘ−ｙ平面に配置される場合、印刷装置２７０は、ｚ軸に沿って移動するように構成することができる。垂直な支持体２３６ｃ〜２３６ｄに沿ってスライドするよう印刷装置２７０が駆動システム２６０によって駆動できるように、例えば、水平なフレーム２３８を垂直な支持体２３６ｃ及び２３６ｄに連結することによって、これを実現することができる。
【００４９】
駆動システムは、シャフト２６０ｂを駆動するアクチュエータ／モータ２６０ａを備える。シャフト２６０ｂの一部は、フレーム２３８を通るねじ開孔と螺合することができ（図２Ａにおいて、開孔は不明瞭である）、シャフト２６０ｂが回転すると、フレーム２３８は、支持体２３６ｃ、２３６ｄに沿って上下に（ｚ軸上で）駆動する。
【００５０】
代替的には又は追加的には、駆動シャフト２６０ｂは、シャフト２６０ｄを分離するために、リンケージ２６０ｃ、例えば、ベルト又はチェーンなどによって、連結することができる。シャフト２６０ｄの一部は、フレーム２３８のねじ開孔２６０ｅと螺合することができ、シャフト２６０ｄが回転すると、フレーム２３８は、支持体２３６ｃ、２３６ｄに沿って上下に駆動する。印刷装置２７０が、ナノメートルからミクロン、ミリメートルまでの範囲のステップサイズで垂直に移動できるように、駆動２６０を構成することができる。
【００５１】
図２Ｂは、図２Ａに記載されたシステム２００の上面図である。第２のモータ２６２は、ｙ方向に沿ってプリントヘッドモジュール１１０を駆動する印刷装置２７０の後ろに位置する。システム２００はまた、ｘ軸に沿ってプリントヘッドモジュールを移動させることができる機構（例えば、アクチュエータ又はモータ）を含むことができる。
【００５２】
図２Ａに示すように、２つのプリントヘッドモジュール１１０は、ｙ軸に沿って配置される。このように配置された２つのプリントヘッドモジュールを有することによって、プリントヘッドモジュール１１０がプラテン１０５全域を通過する毎に、供給材料の２つの層の堆積及び処理が可能となりうる。また、それにより、印刷装置２７０は、大面積にわたって製造プロセスを実行することが可能となりうる。これにより、製造時間を短縮することができる。しかしながら、ｙ軸に沿って、ただ１つのプリントヘッドモジュールが存在しうるだろう。
【００５３】
各層が製造された後にプリントヘッドモジュール１１０の垂直な位置を調節することによって、ディスペンサ及びエネルギー源と接面１０６との間の距離は、製造プロセス中に層間で一定に維持されるか、又は調節することができる。更に、いくつかの実施態様では、例えば、プラテン１０５の表面の非均一性若しくは層厚の非均一性を補償するために、プリントヘッドモジュール１１０が層の製造のためにプラテン１０５全域をスキャンする際に、垂直な位置を調節することができる。
【００５４】
図３において、プリントヘッドプラットフォーム１５０は、プリントヘッドプラットフォーム１５０を移動させることができるロボット３３２のロボットアーム３３１に取り付けられる。最小で、ロボット３３２は、プラテン１０５上で（ｘ−ｙ平面で）、プラテン１０５に向かって又はプラテン１０５から離れるように（ｚ方向に沿って）プラットフォーム１５０を移動可能な３軸ロボットである。幾つかの実施態様では、ロボット３３２は、プラットフォーム１５０の６自由度の運動、即ち、ｘ、ｙ及びｚ軸の何れかに沿った並進運動、並びにｘ、ｙ及びｚ軸の何れか周囲での回転を有する６軸ロボットである。
【００５５】
また、各プリントヘッドモジュール１１０（図１Ｂを参照）は、プラットフォーム１５０に取り外し可能に装着することができる。ロボットアーム３３１の運動は、コントローラ１９０によって制御される。図１Ａ及び図１Ｂで説明したように、プリントヘッドプラットフォーム１５０と、プリントヘッドプラットフォーム１５０下に（ｚ方向に沿って）位置する接面１０６の一部との間の距離が、製造プロセス中に層間で確実に一定に維持されるように、プリントヘッドプラットフォーム１５０は、製造プロセス中にｚ軸に沿って移動することができる。更に、いくつかの実施態様では、例えば、プラテン１０５の表面の非均一性若しくは層厚の非均一性を補償するために、プリントヘッドプラットフォーム１５０が層の製造のためにプラテン１０５全域をスキャンする際に、垂直な位置を調節することができる。
【００５６】
図４は、例示的付加製造システム４００の例の上面図を示す。図１Ａ及び図１Ｂで説明したシステム同様に、システム４００は、ハウジング１０２を含み、かつハウジング１０２によって囲まれている。ハウジング１０２は、例えば、真空環境が、ハウジング内部のチャンバ１０１で維持できるようにすることができる。代替的には、チャンバ１０１の内部は、例えば、粒子を除去するためにフィルタリングされたガスなどの実質的に純粋なガスとすることができ、又はチャンバを大気に通気することができる。ガスは、ガス源（図示されず）からガス入口１０３を通ってチャンバ１０１に侵入することができる。チャンバからのガスは、真空ベント１０４を通して除去することができる。層ガス流が接面全域に有効となるように、ガス入口１０３は、接面に接近可能な又はプリントヘッドプラットフォームと統合可能なエアナイフに連結することができる。真空ベント１０４は、エアナイフに対向して位置させることができる。
【００５７】
プリントヘッドプラットフォーム４５０は、ガントリ１３０の水平な支持体１３０ａ及び１３０ｂ、例えばレール又はシャフトにスライド可能に装着される。アクチュエータシステム１５２（図１Ａに示される）は、プラテン１０５を横断するために（ｙ方向に沿って）、プリントヘッドプラットフォーム４５０が、ガントリ１３０のレール１３０ａ及び１３０ｂに沿ってスライドできるようにする。レール１３０ａは、その端部で、垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂによって支持される。垂直な支持体１３４ａ及び１３４ｂにおける（ｚ方向に沿った）レール１３０ａの垂直な位置は、アクチュエータ１３５ａ及び１３５ｂによってそれぞれ制御することができる。同様に、垂直な支持体１３４ｃ及び１３４ｄにおける  （ｚ方向に沿った）レール１３０ｂの垂直な位置は、アクチュエータ１３５ｃ及び１３５ｄによってそれぞれ制御することができる。
【００５８】
プラットフォーム４５０は、プリントヘッドモジュール１１０を支持する。プリントヘッドモジュール１１０は、トラック４３０に装着され、アクチュエータ４２０によって、トラックに沿ってｘ方向に移動することができる。アクチュエータ、更にはシステム４５０のモジュール１１０の位置は、コントローラ１９０によって制御することができる。
【００５９】
付加製造システム４００において、プリントヘッドプラットフォーム４５０は、プラテンの長さ（ｙ軸）に沿って漸次的に移動する。プリントヘッドプラットフォーム４５０の各漸次的動きについて、プリントヘッドモジュール１１０は、プラテンの一端からもう一端へ、その幅に沿って（ｘ方向に沿って）移動する。プリントヘッド１１０がプラテン１０５全域でスキャンされるように、コントローラ１９０は、プリントヘッドプラットフォームの運動（ｙ方向に沿った）をプリントヘッドモジュールの運動（ｘ方向に沿った）と調整することができる。これにより、付加製造プロセスがプラテン１０５全域で実行可能となる。
【００６０】
アクチュエータ１３５ａ〜ｄ及び４２０は、コントローラ１９０によって制御することができる。プラットフォーム１５０の運動（ｙ方向に沿った）とプリントヘッドモジュール１１０の運動（ｘ方向に沿った）との結合に起因して、モジュール１１０がプラテン１０５上を移動する際に、プリントヘッドモジュール１１０とモジュール１１０下に（ｚ方向に沿って）位置する接面１０６の一部との間の距離が変化しない状態を維持するために、コントローラ１９０は、アクチュエータ１３５ａ〜ｄ及び４２０を制御することができる。更に、プリントヘッドモジュール１１０と接面１０６の一部との間の距離が層間で一定に維持されるように、各層が堆積及び溶融解した後に、プラットフォーム４５０の垂直な位置を上昇させることができる。
【００６１】
図５は、プリントヘッドモジュール１１０による付加製造プロセスの概略図である。付加製造システム１００（図１Ａ及び図１Ｂでも説明された）は、プラテン１０５上を（例えば、ｙ方向に沿って）移動し、付加製造プロセスを実行することができるプリントヘッドモジュール１１０の１つ又はアレイを含む。プリントヘッドモジュールの種々のプリントヘッド構成要素が、付加製造プロセスの方向に沿って（例えば、＋ｙ方向に沿って）配置される。加えて、いくつかの実施態様では、プリントヘッド構成要素は、プリントヘッドモジュールのフレームに対して（例えば、アクチュエータ又はモータによって）移動することができる。以下では、プリントヘッドモジュール１１０下で（ｚ方向に沿って）堆積した供給材料５１４（及びオプションで５１２）の接面１０６の所与の片で付加製造プロセスを実行する順番で、プリントヘッド構成要素が説明されることになる。
【００６２】
プリントヘッドモジュールは、第１の供給材料５１４を堆積させる第１のディスペンサ５０４（プリントヘッドモジュール１１０の前方エッジにある）を含む。ディスペンサ５０４は、付加製造プロセス中にプリントヘッドモジュールが移動する（ｙ方向に沿って）方向に実質的に垂直であるプラテンの幅にわたって延びる（ｘ軸に沿って）導管、例えば中空シリンダなどを備える。導管は、供給材料５１４を貯蔵するホッパー（例えば、図２Ａのホッパー２２０）に連結される。導管は、空洞及びオーガを取り囲む。オーガは、材料ディスペンサに装着され、モータが、例えば駆動シャフトなどによって、オーガを（導管に対して）回転させることができる。
【００６３】
オーガは、回転する際に、ホッパーから供給材料５１４を引き出す。導管は、供給材料５１４をプラテン上に分配することができる、導管の長さに沿って（ｘ方向に沿って）配置された複数の開口を有することができる。開口を通した供給材料の流量は、コントローラ１９０（図１Ａに示す）により制御することができるアクチュエータによって調整することができる。供給材料の流量はまた、オーガの回転速度を変化させることによって、又はオーガをより多くの供給材料の流れを可能にできる別のオーガに交換することによって、制御することができる。例えば、オーガの回転速度を増加させることで、供給材料が分配される速度を増加させることができ、逆もまた同じである。他の例では、導管は、導管の長さに沿って（ｘ軸に沿って）、連続スロットを有することができる。
【００６４】
オプションで、第１のスプレッダ５４０（例えば、ローラ又はブレード）は、ディスペンサ５０４に追従し、プラテン１０５全域で均等に堆積した供給材料を分散させ／平滑化する。オプションの第２のディスペンサ５０５は、第２の供給材料５１２を堆積させるために、第１の分散機構５４０に追従することができる。供給材料５１２及び５１４は、異なるサイズ又は構造的特性とすることができ、及び／又は異なる材料組成を有することができる。例えば、供給材料５１２及び５１４は、異なる溶融解温度／焼結温度を有することができる。例えば、第２の供給材料５１２は、第１の供給材料５１４より小さいくすることができ、したがって、供給材料５１４の粒子間の介在空間を充填しうる。第２の供給材料ディスペンサ５０５は、堆積した供給材料５１２及び５１４を分散させる／平滑化する、オプションの第２のスプレッダ５４１（例えば、ローラ又はブレード）によって追従される。
【００６５】
供給材料は、粉末とすることができる。例えば、供給材料は、鋼、アルミニウム、コバルト、クロム、及びチタンなどの金属、合金混合物、セラミック、複合体、又は生砂などから成る粒子の粉末とすることができる。供給材料はまた、ポリマー材料を含むことができる。
【００６６】
オプションの計測システム５５２は、分散機構５４１に追従することができ、プロファイルメータ、熱イメージャ又は光学カメラのうちの一又は複数を備えることができる。計測システム５５２は、センサ下に（ｚ方向に沿って）位置する接面１０６の一部とプリントヘッドモジュール１１０との間の距離を測定することができる、例えば、光電センサ又はレーザセンサなどのセンサを含むことができる。計測システム５５２はまた、例えば、堆積した供給材料の表面粗さを測定することができる。溶／融解前に堆積した供給材料の粗さを知ることで、供給材料は、製造プロセスを制御することによって付加製造プロセスの質を高めることに役立つ可能性がある。
【００６７】
次に、オプションの熱源５３４が、堆積した供給材料の温度を上昇させる。図５に記載の実施形態において、熱源５３４は、加熱ランプアレイである。加熱ランプアレイ５３４は、その焼結温度又は溶融解温度未満の温度まで、堆積した供給材料５１２（及び存在する場合は５１４）を加熱することができる。加熱ランプアレイ５３４は、アレイ、例えば、六角形の最密アレイ（ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｃｌｏｓｅｓｔ  ｐａｃｋｅｄ  ａｒｒａｙ）に配置される複数の加熱ランプを備える。各加熱ランプに供給されるエネルギーは、コントローラ（例えば、コントローラ１９０）によって制御することができる。加熱ランプの各々に供給されるエネルギーを変化させることによって、加熱ランプにより放出されるエネルギーを変化させることができる。したがって、加熱ランプアレイにより生成されるエネルギーの空間的分布を、コントローラによって制御することができる。その結果、加熱ランプアレイ５３４からエネルギーを受けるプラテンの接面１０６の一部は、温度分布を有することができる。要するに、加熱ランプアレイ５３４は、堆積した供給材料の前述の一部の温度分布の制御を提供することができる。
【００６８】
熱源５３４の後に、エネルギー源５６０が、例えば、温度をその焼結温度又は溶融解温度を上回るまで上昇させる（次いで、その部分の冷却を許容する）ことによって、層の選択された部分を溶融解することになる。例えば、エネルギー源５６０は、ビーム５７５を放射することができる。ビーム５７５は、例えば、レーザによって生成されるレーザビーム、イオン源によって生成されるイオンビーム、又は電子ガンによって生成される電子ビームとすることができる。ビーム５７５は、堆積した供給材料の一方又は両方の温度を、それらそれぞれの溶融解点を上回るまで上昇させることができる。エネルギー源５６０はまた、供給材料を溶融解させることができる複数のビーム５７５を生成することができる。
【００６９】
更に、エネルギー源５６０は、堆積した供給材料の所望の領域を選択的に溶融解させるために、選択的に作動させることができる。例えば、エネルギー源５６０は、接面１０６のある部分に衝突するビーム５７５を放射することができ、これにより、その部分に堆積した供給材料の一方又は両方が溶融解する。エネルギー源５６０の選択的な作動に併せて、プリントヘッドモジュールフレームに対してエネルギー源５６０を移動させることによって、又は接面１０６上でビーム５７５を移動させることによって、又はその両方によって、エネルギー源５６０による接面１０６のある部分の選択的加熱を実現することができる。
【００７０】
例えば、エネルギー源５６０は、コントローラ１９０（図１Ａを参照）により制御されるモータ又はアクチュエータによって、プリントヘッドモジュールの動き（例えば、ｙ軸）に垂直な方向（例えば、ｘ軸）に沿って移動することができる。別の例では、エネルギー源５６０は、プリントヘッドモジュールフレームに対して移動しなくてもよい。しかしながら、エネルギー源５６０は、プリントヘッドモジュールの運動方向に垂直な方向に沿ってビーム５７５を偏向することができる機構、例えば、ガルボ（ｇａｌｖｏ）又は圧電マイクロミラーデバイスに装着されるミラーなどを含みうる。マイクロミラーデバイスは、プリントヘッドモジュールの運動方向に垂直な方向に沿って配置されるミラーの線形アレイを含みうる。上記すべての場合において、供給材料に対するビーム５７５の衝突位置が変化する。
【００７１】
異なる溶融解温度又は焼結温度を有する２つの供給材料が使用される場合、エネルギー源５６０は、プリントヘッドモジュール１１０下の接面１０６の全部分を、第１の供給材料の溶融解温度又は焼結温度と、第２の供給材料の溶融解温度又は焼結温度との間の温度まで上昇させることができる。したがって、ただ１つの供給材料だけが溶融解することになる。これにより、エネルギー源５６０による選択的溶融解の必要性が除外される。
【００７２】
オプションの第２の計測システム５５０は、エネルギー源３６０に追従する。第２の計測システム５５０は、例えば、溶融解した供給材料の特性（温度、表面粗さなど）を測定することができる。これは、処理パラメータを調節し、付加製造プロセスの質を向上させるために、コントローラによって使用することができる。第２の計測システム５５０はまた、センサ下に（ｚ方向に沿って）位置する接面１０６の一部とプリントヘッドモジュール１１０との間の距離を測定することができる、例えば、光電センサ又はレーザセンサなどのセンサを含むことができる。
【００７３】
プリントヘッドモジュール１１０の幾つかの実施態様では、プリントヘッド構成要素は、図５に記載のものとは異なる順番で配置することができる。例えば、前方エッジから後方エッジまでの順番で、プリントヘッドモジュール１１０は、計測システム、第１のディスペンサ、第１の分散機構（例えば、ローラ又はブレード）、第２のディスペンサ、第２の分散機構（例えば、ローラ又はブレード）、第１のエネルギー源（例えば、加熱ランプ）、第２のエネルギー源（例えば、レーザシステム）及び計測システムを含むことができる。
【００７４】
金属用とセラミック用の付加製造の処理条件は、プラスチック用のそれとは著しく異なる。例えば、金属とセラミックは概して、著しくより高い処理温度を必要とする。したがって、プラスチック用の３Ｄ印刷の技法は、金属又はセラミックの処理には適用できず、装置も同等でない可能性がある。しかしながら、本明細書に記載の幾つかの技法は、ポリマー粉末、例えば、ナイロン、ＡＢＳ、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ乳酸、ＰＥＴ、ポリイミド、ポリマー混合物、及びポリスチレンなどに適用可能であろう。
【００７５】
コントローラ１９０及び本明細書に記載のシステムの他の計算デバイス部分は、デジタル電子回路で、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアに実装することができる。例えばコントローラは、例えば持続性マシン可読ストレージ媒体といった、コンピュータプログラム製品内に記憶されたコンピュータプログラムを実行するためのプロセッサを含むことができる。こうしたコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション又はコードとしても知られている）は、コンパイル又は翻訳された言語を含むプログラミング言語の任意の形で書くことができ、また独立型プログラムとして、又はモジュール、構成要素、サブルーチン、若しくは計算環境で使用するのに適している他のユニットとして配置することを含め、任意の形で配置することができる。
【００７６】
コントローラ１９０及び記載のシステムの他の計算デバイス部分は、各層に供給材料を堆積させるべきパターンを指定する、例えばコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）互換性のファイルといったデータオブジェクトを記憶するための持続性コンピュータ可読媒体を含むことができる。例えば、このデータオブジェクトは、ＳＴＬ形式のファイル、３Ｄマニュファクチャリングフォーマット（３ＭＦ）ファイル、又は付加製造ファイルフォーマット（ＡＭＦ）ファイルとすることができよう。例えば、コントローラは、遠隔コンピュータからデータオブジェクトを受信することができよう。コントローラ１９０内のプロセッサは、例えばファームウェア又はソフトウェアによって制御される際に、装置１００の構成要素を制御して各層に指定されたパターンを溶融解するのに必要な信号のセットを生成するため、コンピュータから受信したデータオブジェクトを解釈することができる。
【００７７】
一又は複数の供給材料ディスペンサは、供給材料の層を堆積させるために一又は複数の供給材料を供給することができ、幾つかの実施態様では、供給材料は、一又は複数の供給材料ディスペンサによって選択的に堆積させることができる。供給材料がプラテン上に分配された後に、スプレッダ、例えば、ローラ又はブレードは、供給材料をプラテン全域に拡散させることができる。供給材料の層の所望の部分の溶融解は、一又は複数のエネルギー源からエネルギーを供給することによって、実現することができる。例えば、エネルギー源は、一又は複数のレーザ及び／又は加熱ランプのアレイとすることができる。加熱ランプのアレイは、プラテン若しくは付加製造装置のチャンバ内のどこか別の場所の上又は下に位置することができる。エネルギー源からのエネルギーは、供給材料を加熱し、融合させ、固体片を形成させる。付加製造システムはまた、付加製造プロセス（ここから先「製造プロセス」と呼ぶ）の種々のパラメータ、例えば、熱均一性、表面均一性、及び／又は堆積した供給材料の応力などを測定する一又は複数の計測システムを含むことができる。
【００７８】
種々のプリントヘッド構成要素、例えば、供給材料ディスペンサ、熱源及びエネルギー源を含む標準化されたプリントヘッドモジュールを有することが望ましい。本文脈における「標準化された」とは、各プリントヘッドモジュールが、実質的に同一であることを示す（ディスペンサの間で変わるシリアル番号又はファームウェアバージョンなどのソフトウェアの例外は存在する可能性がある）。標準化されたプリントヘッドモジュールは、付加製造システの構築及び修理を簡単にし、例えば、プリントヘッドは、任意の互換性のある付加製造システムで動作可能となるであろう「プラグ及びプレイ」モジュールとして動作可能でありうる。標準化されたプリントヘッド構成により、製造される物体のサイズを収容するために、付加製造システムの拡大縮小も可能となりうる。プリントヘッドモジュールは、製造プロセス中に、例えば、ｘ、ｙ及びｚデカルト軸に沿って、プラテンに対して移動することができる。プラテンは、動かないように構成することができ、即ち、プラテンは、ｘ−ｙ平面においてか又はｚ軸に沿ってかのどちらかで移動しないようにしてもよい。
【００７９】
幾つかの実装態様が説明されてきた。だが、様々な修正が行われうると理解されるだろう。例えば、
・分配システム、スプレッダ、感知システム、熱源及び／又はエネルギー源などのプリントヘッドの一部として先ほど述べられた種々の構成要素は、プリントヘッドでの代わりにガントリに装着することができ、又はガントリを支持するフレームに装着することができる。
・水平に移動している構成要素が垂直に移動している構成要素で支持される代わりに、垂直に移動している構成要素は、水平に移動している構成要素で支持することができる。ゆえに、例えば、システムは、適所に固定されている水平に延びるレールと、水平なレール上を水平に移動するように構成されている垂直に延びるレールとを含むことができるだろう。
・プリントヘッドモジュールを有するよりむしろ、ディスペンサ及びエネルギー源は、支持体、例えばプラットフォーム１５０などに直接装着することができるだろう。
【００８０】
したがって、他の実施態様も特許請求の範囲内にある。
【図１Ａ】
2018535114.tif 000003
【図１Ｂ】
2018535114.tif 000004
【図２Ａ】
2018535114.tif 000005
【図２Ｂ】
2018535114.tif 000006
【図３】
2018535114.tif 000007
【図４】
2018535114.tif 000008
【図５】
2018535114.tif 000009
【国際調査報告】
2018535114.tif 000010
2018535114.tif 000011