(57)【要約】  付加製造方法は、支持体に均一な粉末の層を堆積させた後に、空間的に制御される静電気を有する表面を有するローラで層の一部を除去すること、あるいは、ローラの表面上に粉末を堆積させ、ローラの表面の空間的に制御可能な静電気により、粉末の対応する部分がローラから支持体上又は下層上に移されるように、支持体に対してローラを移動させることのいずれかによって、少なくとも１つの層を形成することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システムであって、
支持体の上に複数の粉末の連続層を形成する分注器であって、前記複数の連続層は前記支持体に堆積した底層及び溶融した粉末の下層に各々堆積した他の層を含む、分注器と、
表面に空間的に制御可能な静電気を付与する電子源と、
前記表面の前記空間的に制御可能な静電気により、前記支持体の粉末の最外層の対応する部分が除去され、前記支持体に対して前記表面を移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させるエネルギー源と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記表面を有する回転可能なローラであって、前記支持体の上面に平行して移動可能であるローラを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ローラは光導電層を含み、前記電子源は、前記ローラに均一な帯電を付与するためのコロナ放電ユニット、及び前記ローラを照射して前記ローラの表面に前記空間的に制御可能な静電気を発生させるための光源とを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電子源は電子銃を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記分注器は、前記粉末を射出するように構成され、前記支持体の上面に平行して移動可能なノズルを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記支持体は、静電気的に帯電可能なチャックを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
付加製造システムであって、
支持体の上に複数の粉末の連続層を形成し、前記複数の連続層が前記支持体に堆積した底層及び溶融した粉末の下層に各々堆積した他の層を含む分注器であって、
粉末のリザーバと、
前記リザーバから前記粉末を受け入れる表面と、
空間的に制御可能な静電気を前記表面に付与する電子源と、
前記支持体の粉末の最外層を得るために、前記表面の前記空間的に制御可能な静電気により、前記粉末の対応する部分が前記ローラから前記支持体上へ、又は前記溶融した粉末の下層へ移されるように、前記支持体に対して前記表面を移動させるように構成されたアクチュエータと
を含む分注器と、
前記粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させるエネルギー源と
を備えるシステム。
【請求項８】
前記表面を有する回転可能なローラであって、前記支持体の上面に平行して移動可能であるローラを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ローラは光導電層を含み、前記電子源は、前記ローラに均一な帯電を付与するためのコロナ放電ユニット、及び前記ローラを照射して前記ローラの表面に前記空間的に制御可能な静電気を発生させるための光源とを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子源は電子銃を備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
パーツの付加製造方法であって、
支持体の上に複数の粉末の連続層を形成することであって、少なくとも１つの層を形成することが、
支持体に均一な粉末の層を堆積させることと、
表面に空間的に制御可能な静電気を付与することと、
前記ローラの表面の前記空間的に制御可能な静電気により、前記支持体の粉末の最外層の対応する部分が除去されるように、前記支持体に対して前記表面を移動させることと
を含む、形成することと、
前記部分が除去された後で、前記粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させることと
を含む方法。
【請求項１２】
前記表面は回転可能なローラの表面であり、前記表面を移動させることは、前記ローラを前記支持体の上面に平行して移動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ローラに均一な帯電を誘発することを含み、前記空間的に制御可能な静電気を付与することは、前記ローラの帯電している部分を放電させて前記空間的に制御可能な静電気を付与するために、前記ローラを光線で照射して前記ローラの光導電層を照射することを含む、請求項１２に記載の方法。  
【請求項１４】
パーツの付加製造方法であって、
支持体の上に複数の粉末の連続層を形成することであって、少なくとも１つの層を形成することが、
表面に沿って空間的に制御可能な静電気を付与することと、
前記表面上に粉末を堆積させることと、
前記支持体の粉末の最外層を得るために、前記表面の前記空間的に制御可能な静電気により、前記粉末の対応する部分が前記表面から前記支持体上へ、又は溶融した粉末の下層へ移されるように、前記支持体に対して前記表面を移動させることと
を含む、形成することと、
前記部分が移された後で、前記粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させることと
を含む方法。
【請求項１５】
前記表面は回転可能なローラの表面であり、前記表面を移動させることは、前記支持体の上面に平行して前記ローラを移動させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ローラに均一な帯電を誘発することを含み、前記空間的に制御可能な静電気を付与することは、前記ローラの帯電している部分を放電させて前記空間的に制御可能な静電気を付与するために、前記ローラを光線で照射して前記ローラの光導電層を照射することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ印刷としても知られる、付加製造に関する。
【０００２】
固体自由形状製造または３Ｄ印刷としても知られる付加製造（ＡＭ）は、３次元の物体が一連の２次元層または断面によって（一般的に粉末、液体、懸濁液、または融解固形物である）原材料から作り上げられる、製造プロセスを意味する。機械加工技法とはサブトラクティブプロセスを指し、木材または金属の塊といった素材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。この様々なプロセスは、完成物を作製するために層を堆積させる方法に関して種々であり、各プロセスで互換性をもって使用される材料に関して種々である。選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザー焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザー焼結法（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。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、例えば粉末等の小さい粒（ｇｒａｉｎ）を溶融させ、例えば原子拡散を用いて小さい粒から物体を作製するプロセスである。焼結には、粉末を加熱することが含まれうる。焼結に用いられる粉末は、融解とは対照的に、焼結プロセスの間に液相に達する必要がない。焼結プロセス中に、粉末状材料が融点を下回る温度に加熱されたとき、粉末の粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）中の原子は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。焼結温度はこの材料の融点に到達する必要がないため、焼結は、しばしばタングステンやモリブデンといった融点の高い材料に対して用いられうる。
【０００５】
付加製造には、焼結と融解の両方を用いることができる。どちらのプロセスが行われるかは、用いられる材料によって決定される。例えばアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）といった非晶質固体は、実際には過冷却粘性液体であり、実際には融解しない。なぜならば、融解とは固体状態から液体状態への相転移を伴うからである。このように、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ）がＡＢＳにとっての適切な処理である。一方で、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）は、例えばナイロンや金属といった、別々の融点／凝固点温度を有し、ＳＬＭプロセスの間に融解が起きる、結晶性材料及び半結晶性材料に対して使用される。
【発明の概要】
【０００６】
本書に記載されるシステム及び方法は、静電気を有する表面間で粉末を移すことを含む付加製造（ＡＭ）プロセスを使用して、パーツを製作することができる。静電気は空間的に制御可能であり、各表面の一部が帯電し、ほかの部分が帯電しないようにすることができる。一例では、付加製造システムは、ローラのローラ表面の静電気と、パーツが製作されるプラテンの作業面の静電気を操作することができる。ローラ表面と作業面の各静電気は、ローラからプラテンへ、又はプラテンからローラへ粉末が移されるように発生させることができる。静電気は更に、ローラの特定部分、及びプラテンの特定部分が選択的に粉末を受け入れるようにすることができるように、空間的に制御可能でありうる。
【０００７】
一態様では、付加製造システムは、支持体の上に複数の粉末の連続層を形成する分注器であって、複数の連続層は支持体に堆積した底層及び溶融した粉末の下層に各々堆積した他の層を含む、分注器と、ローラが支持体の上面に平行して移動可能である回転可能なローラと、ローラの表面に空間的に制御可能な静電気を付与する電子源と、ローラの表面の空間的に制御可能な静電気により支持体の粉末の最外層の対応する部分が除去され、エネルギー源が粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させるように、支持体に対してローラを移動させるように構成されたアクチュエータとを含む。
【０００８】
別の態様では、付加製造システムは、支持体の上に複数の粉末の連続層を形成する分注器であって、複数の連続層は支持体に堆積した底層及び溶融した粉末の下層に各々堆積した他の層を含む、分注器と、粉末の最外層の少なくとも一部を溶融させるエネルギー源とを含む。分注器は、粉末のリザーバと、リザーバから粉末を受け入れる回転可能なローラであって、ローラが支持体の上面に平行して移動可能である、回転可能なローラと、空間的に制御可能な静電気をローラの表面に付与する電子源と、ローラの表面の空間的に制御可能な静電気により、支持体の粉末の最外層を提供するために、粉末の対応する部分がローラから支持体上へ、又は溶融した粉末の下層へ移されるように、支持体に対してローラを移動させるように構成されたアクチュエータとを含む。
【０００９】
各システムの実施態様は、一又は複数の下記の特徴を含み得る。ローラは光導電層を有していてよく、電子源は、ローラに均一な帯電を付与するためのコロナ放電ユニット、ローラを照射してローラの表面に空間的に制御可能な静電気を発生させるための光源とを含みうる。電子源は、電子銃を含みうる。エネルギー源は、粉末の最外層のほぼ全てを溶融させるように構成されたランプアレイ、又は粉末の最外層をスキャンするように構成されたレーザーを含みうる。支持体は、静電気を帯電させることができるチャックを含みうる。
【００１０】
別の態様では、パーツの付加製造方法は、支持体の上に複数の粉末の連続層を形成することを含む。少なくとも１つの層を形成することは、支持体に均一な粉末の層を堆積させることと、ローラの表面に空間的に制御可能な静電気を付与することと、ローラの表面の空間的に制御可能な静電気により、支持体の粉末の最外層の対応する部分が除去されるように、支持体に対してローラを移動させることを含む。
【００１１】
別の態様では、パーツの付加製造方法は、支持体の上に複数の粉末の連続層を形成することを含む。少なくとも１つの層を形成することは、ローラの表面に沿って空間的に制御可能な静電気を付与することと、ローラの表面上に粉末を堆積させることと、ローラの表面の空間的に制御可能な静電気により、支持体の粉末の最外層を得るために、粉末の対応する部分がローラから支持体上へ、又は溶融した粉末の下層へ移されるように、支持体に対してローラを移動させることを含む。
【００１２】
各方法の実施態様は、一又は複数の下記の特徴を含み得る。空間的に制御可能な静電気を付与することは、ローラを光線で照射することを含みうる。ローラに均一帯電を誘発することができ、光源は、ローラの帯電している部分を放電させて空間的に制御可能な静電気を付与するために、ローラの光導電層を照射しうる。
【００１３】
実施態様は、以下の利点のうちの１以上を提供することができる。粉末の層が他の方法、例えば従来の方法を使用して堆積した後に、空間的に制御可能な方法で粉末の層の一部を除去することができる。粉末を、空間的に制御可能な方法で、プラテンの表面又は別の下層に堆積させることができる。これにより、物体の製作においてより良い制御が可能になりうる。静電気が帯電したローラは、他の技法よりも速く選択的に粉末を堆積させることができ、したがって改善されたスループットを提供しうる。
【００１４】
一又は複数の実施態様の詳細を、添付図面及び以下の説明において明記する。本発明のその他の態様、特徴、及び利点は、説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】材料除去ローラを含む付加製造システムの概略図である。
【図２】材料分注ローラを含む付加製造システムの概略図である。
【図３】付加製造システムのブロック図である。
【００１６】
様々な図面における類似の参照符号は、類似した要素を指し示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
付加製造（ＡＭ）システムは、（例えば供給材料でできた）粉末を選択的に堆積させ、除去し、溶融させて、完成パーツを形成することによって、複雑な形状寸法を有するパーツを作り出すことができる。付加製造システムは、プラテンの表面上に粉末の層を堆積させて、パーツの特徴を生み出すことができる。ある場合、付加製造システムは、粉末の層を堆積させて、粉末を選択的に除去し、複雑な特徴をパーツに組み込むことができる。付加製造システムは、粉末の層の上で回転して、層から粉末の部分を選択的に除去する回転可能なローラを含みうる。
【００１８】
代替的に、又は付加的に、付加製造システムは、粉末の層を選択的に分注して、パーツに複雑な特徴を組み込むことができる。付加製造システムは、プラテンの表面の上を回転して、プラテンの表面に沿って、又は粉末の下層に沿って粉末の層の一部を選択的に分注する回転可能なローラを含みうる。ローラは、プラテンにすでに分注されている粉末の層の上を回転して、連続層を堆積させることもできる。
【００１９】
選択的に分注された層を形成するために、均一に分注し、選択的に層を除去することによって又は選択的に層を分注することによって粉末を選択的に分注した後に、付加製造システムは、エネルギーを供給して粉末の層を溶融、例えば粉末を焼結又は融解して溶融物を形成しうる。付加製造システムは、連続層に対し選択的な材料分注及び溶融プロセスを実行して、パーツの複雑な特徴を作り出すことができる。
【００２０】
付加製造システムの一実施例において、付加製造システムは、連続層の各層に対して、プラテン上に粉末の層を分注し、材料除去ローラを使用してプラテンから粉末を選択的に除去し、プラテンに残った粉末を溶融させることによって、パーツを製作する。粉末は、静電力により粉末がローラの帯電した面上に引っ張られるように、静電気に引き付けられうる材料でできていてよい。
【００２１】
図１に、パーツを製作する付加製造プロセス中に静電気を使用する付加製造システム１００を示す。付加製造システム１００は、製作中の物体を支持するプラテン１０６と、プラテンの上、例えばプラテン１０６上にあるいは下層上に、粉末１２４の層を堆積させる分注器アセンブリ１０４と、材料除去ローラ１０８と、ローラ１０８の静電気を制御する電子源１０７と、プラテン１０６の上に分注された粉末の層の少なくとも一部を溶融させるエネルギー源１１０とを含む。
【００２２】
付加製造システム１００は、内部チャンバ１０３を画定する筐体１０２を含みうる。筐体１０２は、例えばプラテン１０６と分注器アセンブリ１０４等の幾つかの構成要素を囲みうる。当然ながら、付加製造システム１００の幾つかの部分、例えばアクチュエータ又は粉末供給部は、筐体１０２の外に位置づけされうる。
【００２３】
電子源１０７を使用して、静電気を材料除去ローラ１０８に付与することができる。材料除去ローラ１０８を使用して、静電気の空間的分布に基づいて、プラテン１０６から粉末を除去することができる。エネルギー源１１０は、粉末を溶融させてパーツとなる固形物を形成するのに使用される、筐体１０２内の熱源であってよい。
【００２４】
コントローラ１１２は、付加製造システム１００のサブシステムとデータを送受信する。コントローラ１１２は更に、そのデータを処理してサブシステム向けの命令を生成しうる。プラテン１０６において連続的に粉末を堆積させ、粉末を除去し、粉末を溶融させることによって、付加製造システム１００は、複雑な形状寸法及び特徴を有するパーツを製作することができる。付加製造システム１００のコントローラ１１２は、生成するパーツに対応するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データを受信し、これを使用して、付加製造システム１００の様々なサブシステムへ命令を送信しうる。コントローラ１１２はＣＡＤデータを使用して、例えば、分注器アセンブリ１０４を使用して粉末を分注し、電子源１０７を使用して空間的に制御可能な静電気を付与し、電子源１０７が静電気を付与した後に、材料除去ローラ１０８を使用して粉末を選択的に除去し、付加製造システム１００によって実行される他のプロセス内で、エネルギー源１１０を使用して粉末を溶融させるための命令を生成しうる。コントローラ１１２は更に、さまざまなシステムを互いに移動させるために、ＣＡＤデータから命令を生成しうる。コントローラは、帯電、粒子サイズ、及び材料の種類に基づいて、ローラとプラテンとの間の間隔を調節しうる。
【００２５】
筐体１０２は、内部チャンバ１０３を外部環境から分離させ、内部チャンバ１０３内に、付加製造システム１００がパーツの特徴を形成するときの欠陥を低減させる内部環境を作り出す。筐体１０２は、例えば１Ｔｏｒｒ未満、例えば０．０００１Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒの真空環境をチャンバ１０３に維持することを可能にしうる。あるいは、チャンバ１０３の内部は、実質的に純ガス、例えばフィルタにかけて微粒子を除去したガスであってよい、又はチャンバを大気に対して通気しうる。真空環境又はフィルタにかけたガスにより、例えば分注器アセンブリ１０４、材料除去ローラ１０８、及びエネルギー源１１０の使用中に欠陥が発生する可能性を低減させることができる。
【００２６】
プラテン１０６は、粉末の層の支持体として、また粉末を分注し、除去し、溶融させるための作業空間及び／又は作業面として機能する。プラテン１０６は、垂直に移動可能であってよい。プラテン１０６は、プラテン１０６に分注された粉末を、分注器アセンブリ１０４に対してｙ軸に沿って垂直位置に支持する。コントローラ１１２は、ＣＡＤデータを使用してコントローラ１１２によって生成された命令に基づいて、ドライバシステム及び／又はアクチュエータ（図示せず）を制御して、ピストン１１４に、ｙ軸に平行する垂直軸１１６に沿ってプラテン１０６を移動させうる。
【００２７】
粉末の連続層は各々、粉末の下層によって支持される。例えば、図１に示すように、粉末の第１の層１１５ａはプラテン１０６によって支持され、粉末の第２の層１１５ｂは第１の層１１５ａによって支持される。この結果、分注器アセンブリ１０４が粉末の連続層を分注したときに、コントローラ１１２は、ピストン１１４に、軸１１６に沿ってプラテン１０６を下方に移動させ、これにより粉末の層を粉末の下層とプラテン１０６の上に堆積させることが可能になる。一実施例では、分注器アセンブリ１０４は、第１の層１１５ａを堆積させた後で、プラテン１０６を軸１１６に沿って第１の層１１５ａの厚さと等しい量だけ下方に移動させた後に、第１の下層１１５ａの上に第２の層１１５ａを堆積させうる。
【００２８】
プラテン１０６は、粉末を引き付け、したがってプラテン１０６の粉末の層を保持する静電気を有するように帯電させうる静電気で帯電可能なチャックも含みうる、又はそのようにも機能しうる。例えば、電源１３１はプラテン１０６に連結されうる。電源１３１により、静電気で帯電可能なチャックに静電気が起こる。コントローラ１１２は、粉末がプラテン１０６に引き付けられたときに電源１３１を使用して制御するために、プラテン１０６を選択的に帯電させうる、又は放電させうる。例えば、コントローラ１１２は、分注器アセンブリ１０４がプラテン１０６上に粉末を分注したとき、及び溶融ステップの間、電源１３１を制御して、プラテン１０６の帯電を設定し、粉末を引き付けうる。しかしながら、コントローラ１１２は、ローラ１０８の空間的に帯電した部分が、プラテン１０６の上の対応する場所から粉末を除去するようなレベルに、プラテン１０６の帯電を設定するように電源１３１を制御しうる。
【００２９】
幾つかの実施態様では、分注器アセンブリ１０４は、プラテン１０６の上に位置づけされ、開口部を通して粉末を射出しうる。例えば、分注器アセンブリ１０４は、例えば高蒸気圧キャリア等のキャリア流体に粉末粒子を供給して、粉末材料の層を形成しうる。このキャリア流体は、層の粉末１２４の溶融に先立って蒸発しうる。
【００３０】
分注器アセンブリ１０４は１種類の粉末を供給しうるが、幾つかの実施態様では、分注器アセンブリ１０４は、２以上の異なる粉末を格納し、プラテン１０６の上面１１８に沿って特定の場所上に分注することができる。分注器アセンブリ１０４は、第１の粉末１２４ａを保持する第１のリザーバ１２２ａを有する第１の分注器１２０ａと、第２の粉末１２４ｂを保持する第２のリザーバ１２２ｂを有する第２の分注器１２０ｂを含みうる。コントローラ１１２は、第１の粉末１２４ａが第１の分注器１２０ａを介して第１のノズル１２８ａを通って流れ、第１のノズル１２８ａは、第１の粉末１２４ａをプラテン１０６の上面１１８上に射出するように、ゲート１２６ａを選択的に開閉しうる。コントローラ１１２は同様に、第２の粉末１２４ｂが第２の分注器１２０ｂを介して第２のノズル１２８ｂを通って流れ、第２のノズル１２８ｂは、第２の粉末１２４ｂをプラテン１０６の上面１１８上に射出するように、ゲート１２６ｂを開閉しうる。ノズル１２８ａ、１２８ｂは、例えばノズル１２８ａ、１２８ｂによって画定される開口部を通して、粉末１２４ａ、１２４ｂを上面１１８の特定の場所へ正確に方向づけする。各開口部は、本書に記載されるように、粉末１２４ａ、１２４ｂがプラテン１０６の上面１１８の特定の場所に選択的に堆積されうるように、独立して制御可能な各ゲート１２６ａ、１２６ｂに関連づけられうる。
【００３１】
分注器１２０ａ、１２０ｂのゲート１２６ａ、１２６ｂは、例えば圧電プリントヘッド、空気圧バルブ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）バルブ、ソレノイドバルブ、磁気バルブ、又はこれらの組み合わせを使用して、粉末を選択的に放出することができる。コントローラ１１２は、分注器１２０ａ、１２０ｂからの粉末１２４ａ、１２４ｂの放出を制御するために、各ゲート１２６ａ、１２６ｂへ電気信号を送信しうる。
【００３２】
工程の間、コントローラ１１２は、分注器１２０ａ、１２０ｂが粉末１２４ａ、１２４ｂを堆積させることができる特定の場所の上に分注器１２０ａ、１２０ｂを位置づけするために、分注器アセンブリ１０４に、プラテン１０６の上面１１８に平行する一または複数の軸（例：軸１３０）に沿って移動するように命令しうる。分注器アセンブリ１０４は、軸１３０に沿っていずれかの方向へ移動しうる。分注器アセンブリ１０４は、内部チャンバ１０３全体に延在するレール１３２に支持されていてよく、分注器アセンブリ１０４はこれに沿って移動し、粉末１２４ａ、１２４ｂを堆積させうる。コントローラ１１２は、分注器アセンブリ１０４に連結され、分注器アセンブリ１０４をレール１３２に沿って移動させる、例えばドライバシステム及び／又は線形アクチュエータ等のアクチュエータ（図示せず）を制御しうる。
【００３３】
幾つかの実施態様では、分注器アセンブリ１０４は、プラテン１０６の上面１１８に平行する平面に沿って（例：上面１１８に平行する２つの垂直軸に沿って）移動しうる。分注器１２０ａ、１２０ｂは、単一点（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｏｉｎｔ）分注器であり、分注器１２０ａ、１２０ｂは、プラテン１０６に粉末１２４ａ、１２４ｂの完全な層（例：プラテン１０６の表面１１８を実質的に覆う粉末の層）を堆積させるために、プラテン１０６のｘ軸及びｙ軸にわたって平行移動させることができる。ノズル１２８ａ、１２８ｂは、粉末１２４ａ、１２４ｂを上面１１８の小さな点に堆積させることを可能にする開口部を画定しうる。あるいは、分注器１２０ａ、１２０ｂは、プラテン１０６の幅にわたって延在するライン分注器であってよく、分注器アセンブリ１０４は、プラテンに粉末１２４ａ、１２４ｂの完全な層を堆積させるために、一次元のみに沿って平行移動されうる。ノズル１２８ａ、１２８ｂは、ノズル１２８ａ、１２８ｂがプラテン１０６の幅にわたって粉末１２４ａ、１２４ｂを射出することが可能になるように、プラテン１０６の幅にわたって延在する幅を有する開口部を画定しうる。分注器アセンブリ１０４がプラテン１０６の上面に平行する平面に沿って移動したときに、ノズルが粉末１２４ａ、１２４ｂを射出し、プラテン１０６の上面に平行して移動するように構成することができる。この結果、分注器アセンブリ１０４は、均一な粉末１２４ａ、１２４ｂの層（例えば、ほぼ均一の厚さを有する粉末の層）を堆積させうる、又はプラテン１０６の表面１１８の一部内に粉末１２４ａ、１２４ｂを選択的に分注しうる。
【００３４】
代替的に又は付加的に、幾つかの実施態様では、分注器アセンブリ１０４は、粉末１２４を送達ベッドからプラテン１０６全体に押し出して、粉末の層を形成するために、プラテン１０６に隣接する粉末送達ベッド、及び例えばブレード又はローラ等のデバイスを含む。例えば、ブレード又はローラを使用して、プラテンの上に第１の粉末１２４ａの層を均一に堆積させうる。ローラ１０８は次に、本書に記載されるプロセスを使用して、堆積した層から粉末を選択的に除去することができる。分注器アセンブリ１０４は次に、ローラ１０８によって除去された層の一部に、異なる組成物の第２の粉末１２４ｂを選択的に堆積させることができる。
【００３５】
コントローラ１１２は、粉末１２４をプラテン１０６の上の選択された場所へ供給するために、分注器アセンブリ１０４を制御しうる。例えば、分注アセンブリ１０４によって堆積された連続層に対し、コントローラ１１２は、下層が残っている、例えば粉末１２４がローラ１０８によってまだ除去されていないプラテン１０６の表面１１８に沿った場所の上にのみ供給されるように、分注器アセンブリ１０４を制御しうる。下層（例：第１の層１１５ａ）はしたがって、上層（例：第２の層１１５ｂ）を支持しうる。
【００３６】
付加製造システム１００は、材料除去ローラ１０８を使用して分注器アセンブリ１０４によって堆積された粉末の上部層（例：図１の第２の層１１５ｂ）から堆積された材料を選択的に除去しうる。電子源１０７は、ローラ１０８の表面１３３に空間的に制御可能な静電気を生成して、粉末の上部層から粉末を選択的に除去しやすくしうるエネルギーのビーム１４３を放射する集束エネルギー源を含みうる。
【００３７】
幾つかの実施態様では、最初にローラ１０８の表面１３３に均一な空間帯電を誘発する。例えば、コロナ放電ユニットを使用して、ローラ１０８を均一に帯電させることが可能である。加えて、ローラ１０８は光導電層を含みうる。この場合、電子源１０７は、光のビーム１４３を使用してローラ１０８、したがって光導電層を照射し、光導電層が照射された表面１３３を選択的に放電させる光源を含みうる。光源はしたがって、ローラ１０８の表面１３３に空間的に制御可能な静電気を生成しうる。光源は、ローラ１０８の幅全体をスキャンする光ビーム１４３を放射しうる。ローラ１０８が回転し、ビームが幅全体をスキャンすると、光ビーム１４３により、表面１３３に空間的に制御可能な静電気が選択的に付与されうるように、光源１４３の電力が調節されうる。
【００３８】
幾つかの実施態様では、電子源１０７は、ローラ１０８の表面１３３に空間的に制御可能な静電気を生成するために、電子ビーム１４３を放射する電子銃を含みうる。付加製造システム１００は、電子がローラ１０８の表面１３３の方へ移動するときに、電子銃によって放射された電子の進行方向を制御することによって、ローラ１０８の表面１３３の一部に沿った静電気の空間分布を制御しうる。例えば、付加製造システム１００は、電子銃から電子を特定の角度で移動させるためにコントローラ１１２が調節可能な静電気を有する静電板（図１に図示せず）を含みうる。例えば、電子ビーム１４３で、ローラ１０８の幅全体をスキャンすることができる。ローラ１０８が回転し、ビームが幅全体をスキャンするときに、電子ビーム１４３が表面１３３に空間的に制御可能な静電気を選択的に付与することができるように、ビーム１４３を選択的に偏向させることができる。
【００３９】
ローラの表面１３３に空間的に制御可能な静電気を発生させた後で、ローラ１０８を粉末の上部層（例：図１の第２の層１１５ｂ）に沿って回転させると、静電気により、粉末１２４が材料除去ローラ１０８に引き付けられ、プラテン１０６の表面１１８の粉末の上部層から材料除去ローラ１０８へ移される。ローラ１０８が粉末の層の一部を横切る回転動作が完了した後で、ローラ１０８が粉末の層の別の部分を横切って後続のローラ動作を完了させることが可能になるように、ローラ１０８を放電させうる。電子源１０７は次に、粉末の層の次の部分に対して、新たなパターンの粉末１２４を除去することができるように、新たな空間分布の静電気を付与しうる。ローラ１０８が全層を横切ると、分注器アセンブリ１０４は後続の粉末の層を堆積させることができ、ローラ１０８は、層から粉末の一部を除去するために後続の粉末の層に回転動作を実行しうる。
【００４０】
分注器アセンブリ１０４によって堆積された粉末を除去するために、コントローラ１１２はローラ１０８に、プラテン１０６に堆積した又は粉末の下層（例：図１の第１の粉末の層１１５ａ）の上部に堆積した粉末１２４の上部層に沿って、又は上部層を横切って移動させる。材料除去ローラ１０８は、粉末の層（例：第２の粉末の層１１５ｂ）に沿って回転することによってプラテン１０６の上面１１８に平行する軸１３４に沿って平行移動しうる。ローラ１０８は回転可能であり、したがってドライバシステム及び／又はアクチュエータ（図示せず）は、ローラ１０８にレール１３８によって支持されたローラ軸１３６の周りを回転させることができる。
【００４１】
ローラ１０８がローラ軸１３６の周りを回転して粉末の層と接触したときに、粉末とローラ１０８との間の回転摩擦により、ローラ１０８が軸１３４に沿って平行移動しうる。ある場合には、アクチュエータは、ローラ１０８を軸１３４に沿って移動させる線形アクチュエータを付加的に又は代替的に駆動しうる。ローラ１０８はしたがって、プラテン１０６の上面１１８に平行して移動可能であってよい。ある実施例では、ローラ１０８は、ローラ１０８が一方向にプラテン１０６全体を平行移動して粉末１２４の層の選択部分を除去することができるように、プラテン１０６の幅全体に延びる幅を有しうる。各回転動作において、ローラ１０８は一方向に粉末の層の一部を横切ることができる。ローラ１０８は、ローラ１０８がプラテン１０６の全長を横切るまで、回転動作を継続しうる。
【００４２】
代替的に又は付加的に、ローラ１０８は、プラテン１０６の長さとほぼ等しい外周を有しうる。したがって、ローラ１０８の表面１３３がプラテン１０６の表面１１８上に１対１のマッピングを有することができ、これにより、ローラ１０８が粉末１２４の層の上を回転したときに、粉末の１つの層から除去される粉末１２４の分布を制御するために、一回転動作に対する表面１３３の静電気の空間分布が可能になる。ローラ１０８の表面１３３は、表面１３３の二次元平面への円筒形突出部が表面１１８と一致するように、プラテン１０６の表面１１８の面積とほぼ等しい、又はそれを上回る面積を有しうる。
【００４３】
他の例では、ローラ１０８は、プラテン１０６の幅よりも狭い幅を有しうる。線形アクチュエータは、ローラ１０８の長さ方向の横断が完了した後でローラ１０８がプラテン１０６の幅全体を移動しうるように、軸１３４に直交する軸においてローラ１０８を平行移動させうる。幾つかの実施態様では、ローラ１０８の外周は、ローラ１０８の一回転でプラテン１０６の一部のみがカバーされるように、プラテン１０６の長さよりも短くなっている。この結果、プラテン１０６の粉末１２４の層の一部を除去する各回転動作において、ローラ１０８を、層の各部分に対して特定パターンの静電気で選択的に帯電させ、その後、層の次の部分のために空間的に制御可能な静電気を受ける準備として放電させることができる。
【００４４】
ローラ１０８が粉末の上部層に沿って回転すると、ローラ１０８は、電子源１０７がローラ１０８の表面１３３の一部に付与した静電気の空間分布に基づいて、粉末を回収する。静電気に引き付けられる材料で形成されうる粉末１２４は、ローラ１０８の表面１３３の静電的に帯電している部分の方へ引き付けられる。ローラ１０８の表面１３３の静電気の空間分布により、ローラ１０８は、粉末１２４を除去する帯電している部分（例：帯電している部分１４０）と、粉末１２４を除去しない帯電していない部分（例：帯電していない部分１４２）とを有する。
【００４５】
一例では、帯電している部分１４０は、粉末１２４のごく近くに置かれたときに、プラテン１０６の表面１１８の帯電している部分１４０と粉末１２４との間に表面１１８の粉末１２４をローラ１０８の表面１３３の方へ引き付ける力を生成する。帯電していない部分１４２は、電子源１０７によって付与された静電気を含まないため、粉末１２４を引き付けない。図１Ａに示す実施例では、ローラ１０８が第２の層１１５ｂの上を回転すると、ローラ１０８は、帯電している部分１４０が第２の層１１５ｂに接触したときに粉末１２４を回収するが、帯電していない部分１４２が第２の層１１５ｂに接触したときは粉末１２４を回収しない。この結果、第２の層１１５ｂは、帯電している部分１４０に対応する除去部分１４４（例：粉末１２４が表面１１８から除去される部分）と、帯電していない部分１４２に対応する保存部分１４６（例：粉末１２４が表面１１８に保存される部分）を含む。
【００４６】
ある実施態様では、付加製造システム１００は、ローラ１０８が粉末の層から粉末１２４の別の部分を除去する後続の回転動作にローラ１０８を使用できるように、ローラ１０８の表面１３３から粉末１２４を除去するブレード１４５を含みうる。ブレード１４５により、ローラから回収トレーに粉末をこすり落とすことができる。
【００４７】
牽引ローラを使用して、粉末の層を圧縮することが可能である。
【００４８】
各層１１５は、プラテン１０６の表面１１８に沿って二次元に延び、ローラ１０８の表面１３３の静電気は、プラテン１０６の表面１１８の上の各層１１５の二次元に沿った粉末１２４の分布を制御する。層１１５も各々、例えば２０〜１５０μｍの厚さを有する。電子源１０７は、各層１１５に対し、粉末の下層（例：第１の層１１５ａ）における粉末１２４ａの各部分が除去されるか、また保存されるかを独立して制御しうる、静電気の空間分布を付与するように構成されている。
【００４９】
コントローラ１１２は、プラテン１０６に堆積した粉末の各層に対し、粉末１２４のどの部分を除去し、また保存するかを制御するために、電子源１０７とローラ１０８向けの命令を生成しうる。コントローラ１１２からローラ１０８と電子源１０７へ送信される命令により、パーツの層の形状寸法に対応するローラ１０８の表面１３３の静電気の特定空間分布の確保が可能である。一例において、粉末の層の一部を堆積させるために、この命令により、ローラ１０８の回転、電子源１０７の動き、及び電子源１０７の起動を制御することによって、静電気の特定の空間分布を起こさせることが可能である。この命令は更に、ローラ１０８のアクチュエータに、粉末１２４の上で回転して、粉末１２４の一部を除去するように指示しうる。この結果、アクチュエータは、ローラ１０８の表面１３３の空間的に制御可能な静電気により、プラテン１０６の粉末の最外層の対応する部分が除去されるように、プラテン１０６に対してローラを移動させるように構成されうる。ある場合には、命令は、ピストン１１４に、粉末１２４の上部層をローラ１０８と接触させる、あるいはほぼ接触させるように、プラテン１０６を上げる又は下げるようにも指示しうる。
【００５０】
第１の粉末１２４ａ及び第２の粉末１２４ｂをプラテン１０６上の供給材料の層内に選択的に配置する一例において、分注器アセンブリ１０４は、第１の粉末１２４ａの均一層を配置しうる。ローラ１０８は次に、第１の粉末１２４ａの部分を除去しうる。分注器アセンブリ１０４は次に、第１の粉末１２４ａが均一層から除去された部分に第２の粉末１２４ｂを配置することにより、第１の粉末１２４ａ及び第２の粉末１２４ｂの個別の部分を有する層（例：第１の層１１５ａ）を形成しうる。上記例では、第１の粉末１２４ａは、製作されるパーツの基板として機能しうる、第２の粉末１２４ｂの支持材料であってよい。
【００５１】
ある場合には、チャックの各部分の静電気が制御可能になるように、静電的に帯電可能なチャックを複数の部分に区分けすることができる。静電的に帯電可能なチャックはしたがって、各部分に対応する幾つかの電源（例：電源１３１）を含みうる。上記例において、ローラ１０８は、均一に分布した静電気を含んでいてよく、チャックの静電気は、粉末の層の保存される部分に対して増加し得、粉末の層の除去される部分に対して減少しうる。ローラ１０８の静電気は、粉末がチャックからの静電力を克服してプラテン１０６からローラ１０８へ移されるほど十分に高い静電力を生成しうる。このため、ローラ１０８がプラテン１０６に堆積した粉末の層の上を回転したときに、ローラ１０８によりプラテン１０６の弱い静電気を有する部分を覆っている、粉末の層の部分が除去される。
【００５２】
製造中、供給材料の層は漸進的に堆積し、溶融する。粉末１２４ａを加熱し溶融させて、付加製造システム１００によって製作されるパーツの部分となる材料の固体塊を形成しうる。組み込みヒータ１４７ａによってプラテン１０６が、第１の供給材料及び第２の供給材料の両方の融点を下回る基準温度に加熱されうる。プラテン１０６はまた、それぞれヒータ１４７ｂ及び１４７ｃによって各々加熱される側壁１４８ａ、１４８ｂも含みうる。ヒータ１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｃは、プラテン１０６の基準温度を上げるように協働しうる。コントローラ１１２は、第２の供給材料を融解させずに第１の供給材料を融解させるのに十分なエネルギーを付与するエネルギー源１１０へ供給される電力量を制御しうる。こうして、エネルギー源１１０は、第１の供給材料を選択的に融解させるために、堆積した材料に小さい温度上昇をもたらすように構成されることができる。小さい温度差を通じて遷移することによって、堆積した供給材料の各層が、より迅速に処理されることが可能になりうる。例えば、プラテン１０６の基準温度は、約１５００°Ｃであってよく、約５０°Ｃの温度を上昇させるエネルギーを付与するために、エネルギー源１１０をトリガすることができる。
【００５３】
エネルギー源１１０は、プラテンの上、即ち供給材料が堆積されるプラテン１０６の同じ側に位置づけされ得、分注器アセンブリ１０４及びローラ１０８がプラテン１０６とエネルギー源１１０との間を通過できるように、プラテン１０６から十分に間隔を空けて配置されうる。エネルギー源１１０は、堆積された層全体の温度を同時に上昇させるように構成されうる。例えば、エネルギー源１１０は、２次元配列の加熱ランプであり得る。ランプ配列は、粉末の最外層（例：最上部又は上部層）をほぼ全て溶融させるように構成されうる。別の例として、エネルギー源１１０は、個別に制御可能な光源配列、例えば垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）チップ等の形態のデジタル的にアドレス指定可能な熱源であってよい。制御可能な光源配列は、基板表面全体をスキャンする線形配列、又はチップがアドレス指定されるエリアを選択的に予熱する、ＤＭＤのような完全な二次元配列であってよい。
【００５４】
このため、付加製造システム１００は、ＣＡＤデータによって画定されるパーツとして形成されうる、連続層（例：第１の層１１５ａ、第２の層１１５ｂ、及び後続層）を堆積させうる。分注器アセンブリ１０４は、プラテン１０６の上に粉末の連続層を形成しうる。連続層は、プラテン１０６に堆積される底層（例：第１の層１１５ａ）を含んでいてよく、他の層（例：第２の層１１５ｂ及び後続層）は各々、溶融した粉末の下層に堆積されうる。コントローラ１１２はＣＡＤデータを使用して、粉末の層各々に対して、粉末を堆積させる、粉末を除去する、及び粉末を溶融させるための命令を生成しうる。粉末の層は各々、パーツの層に対応しうる。したがって、ローラ１０８の帯電分布を空間的に制御することによって、コントローラ１１２は、本書に記載されるプロセス及びシステムによって生成されるパーツの形状寸法を制御することができる。
【００５５】
幾つかの実施態様では、付加製造システムは、プラテン上に粉末の連続層を選択的に堆積させ、プラテンの粉末を溶融させることによって、パーツを製作する。図２に示す付加製造システム２００は、製作中の物体を支持するプラテン２０６と、プラテン２０６の上、例えばプラテン２０６上、あるいは下層上に粉末の層を堆積させる材料分注ローラ２０８と、ローラ２０８の静電気を制御する電子源２０７と、プラテン２０６の上に分注された粉末の層の少なくとも一部を溶融させるエネルギー源２１０とを含む。
【００５６】
付加製造システム２００はまた、内部チャンバ２０３を画定する筐体２０２も含みうる。筐体２０２は、付加製造システム２００、例えばプラテン２０６及び材料分注ローラ２０８の幾つかの構成要素を囲みうる。当然ながら、付加製造システム２００の幾つかの部分、例えばアクチュエータ又は粉末供給部は、筐体２０２の外に位置づけされうる。
【００５７】
電子源２０７を使用して、材料分注ローラ２０８に静電気を付与することができる。材料分注ローラ２０８を使用して、ローラ２０８に付与された静電気の空間分布に基づいて、プラテン２０６に粉末を堆積させることができる。空間的に制御可能なパターンでローラ２０８上の粉末を引き付けるために、空間的に制御可能な静電気が使用される。ローラ２０８の空間的に制御可能なパターンの粉末は次に、プラテン、又は前に分注された層に移されうる。エネルギー源２１０は、粉末を溶融させてパーツとなる固形物を形成するために使用される筐体２０２内の熱源であってよい。
【００５８】
コントローラ２１２は、付加製造システム２００のサブシステムとデータを送受信する。コントローラ２１２は更に、そのデータを処理して、サブシステム向けの命令を生成しうる。付加製造システム２００は、プラテン２０６に連続的に粉末を堆積させ、またプラテン２０６の粉末を溶融させることによって、複雑な形状寸法及び特徴を有するパーツを製作しうる。
【００５９】
付加製造システム２００のコントローラ２１２は、パーツに対応するＣＡＤデータを受信して使用し、付加製造システム２００の様々なサブシステムへの命令を生成して送信しうる。コントローラ２１２は、ＣＡＤデータを使用して、例えば電子源２０７を使用してローラ２０８に空間的に制御可能な静電気を付与する命令を生成しうる。コントローラ２１２はまた、付加製造システム２００の他のプロセスの中でも、例えば材料堆積ローラ２０８を使用して粉末を分注する、またエネルギー源２１０を使用して粉末を焼結する等の付加製造システム２００の他の構成要素への命令も生成しうる。コントローラ２１２は、帯電、粒子サイズ、及び材料の種類に基づいて、ローラとプラテンとの間の間隔を調節しうる。
【００６０】
筐体２０２は、内部チャンバ２０３を外部環境から分離し、内部チャンバ２０３内に、付加製造システム２００がパーツの特徴を形成するときに欠陥を低減させる内部環境を作り出す。筐体２０２は、例えば２Ｔｏｒｒ未満、例えば０．０００１Ｔｏｒｒから２Ｔｏｒｒの真空環境をチャンバ２０３に維持することを可能にしうる。あるいは、チャンバ２０３の内部は、実質的に純ガス、例えばフィルタにかけて微粒子を除去したガスであってよい、又はチャンバを大気に対して通気しうる。真空環境又はフィルタにかけたガスにより、例えば材料分注ローラ２０８、及びエネルギー源２１０の使用中に欠陥が発生する可能性を低減させることができる。
【００６１】
プラテン２０６は、粉末の層の支持体として機能し、また粉末を分注する、除去する、及び溶融させるための作業空間及び／又は作業面として機能する。プラテン２０６は、垂直に移動可能であってよい。プラテン２０６は、材料分注ローラ２０８に対してｙ軸に沿った垂直位置で、プラテン２０６に分注された粉末を支持する。コントローラ２１２は、ＣＡＤデータを使用してコントローラ２１２によって生成された命令に基づいて、ドライバシステム（図示せず）を制御して、ピストン２１４にプラテン２０６をｙ軸に平行する軸２１６に沿って移動させうる。粉末の連続層（例：図２に示す第１の粉末の層２１５ａ及び第２の粉末の層２１５ｂ）は各々、粉末の下層によって支持される。その結果、ローラ２０８が粉末の連続層を分注したときに、コントローラ２１２はピストン２１４を制御して、プラテン２０６を第１の層２１５ａの厚さと等しい量だけ軸２１６に沿って下方に移動させ、これにより粉末の層が、粉末の下層とプラテン２０６の上部に分注されうる。
【００６２】
プラテン２０６は、粉末を引き付ける静電気を有するように帯電しうる、静電的に帯電可能なチャックも含み、又はそのように機能し得、これにより粉末の層をプラテン２０６に形成しうる。例えば、電源２３１をプラテン２０６に連結させることができる。電源２３１によって供給された電圧により、プラテン２０６に静電気が誘発されうる。コントローラ２１２は電源２３１を使用して、粉末がプラテン２０６に引き付けられたときに制御するために、プラテン２０６のチャックを選択的に帯電させる、又は放電させることができる。コントローラ２１２は、ローラ２０８の帯電に対してプラテン２０６の帯電を制御して、ローラ２０８の粉末がプラテン２０６上に移されるようにすることができる。
【００６３】
一般に、付加製造システム２００は、材料分注ローラ２０８を含む分注器又は分注システムを使用して、材料を集めて堆積させ、粉末の上部層（例えば図２の第２の層２１５ｂ）を形成しうる。電子源２０７は、プラテン２０６上に粉末を選択的に堆積させやすくする、空間的に制御可能な静電気をローラ２０８の表面２３３に生成しうるエネルギーのビーム２４３を放射する集束エネルギー源を含みうる。
【００６４】
幾つかの実施態様では、最初にローラ２０８の表面２３３に均一な空間帯電が誘発される。例えば、コロナ放電ユニットを使用して、ローラ２０８を均一に帯電させることが可能である。加えて、ローラ２０８は光導電層を含みうる。この場合、電子源２０７は、光のビーム２４３を放射する光源を含みうる。光のビーム２４３はローラ１０８、したがって光導電層を照射し、光導電層が照射された表面２３３を選択的に放電させることにより、ローラ２０８の表面２３３に空間的に制御可能な静電気が生成される。光源は、ローラ２０８の幅全体をスキャンする光ビーム２４３を放射しうる。このため、ローラ２０８が回転し、ビーム２４３がローラの幅全体をスキャンすると、空間的に制御可能な静電気が表面２３３に付与されるように、光ビーム２４３が調節されうる。
【００６５】
幾つかの実施態様では、電子源２０７は、ローラ２０８の表面２３３に空間的に制御可能な静電気を生成するために電子のビーム２４３を放射する電子銃を含みうる。付加製造システム２００は、電子銃によって放射された電子の進行方向を制御することによって、ローラ２０８の表面２３３の一部に沿った静電気の空間分布を制御しうる。例えば、付加製造システムは、電子銃から角度をなして電子を移動させる静電板を含みうる。例えば、電子ビーム２４３で、ローラ２０８の幅全体をスキャンすることができる。ローラ２０８が回転し、ビームが幅全体をスキャンするときに、電子ビーム２４３が表面２３３に空間的に制御可能な静電気を選択的に付与することができるように、ビーム１４３を選択的に偏向させることができる。
【００６６】
ローラ２０８は、１種類の粉末を分注することができるが、幾つかの実施態様では、ローラ２０８はプラテン２０６の上面２１８に沿った特定の場所上に２以上の異なる粉末を分注することができる。例えば、分注システムの第１のリザーバ２２２ａは第１の粉末２２４ａを保持し、分注システムの第２のリザーバ２２２ｂは第２の粉末２２４ｂを保持する。コントローラ２１２は、第１のリザーバ２２２ａ内の第１の粉末２２４ａ、又は第２のリザーバ２２２ｂ内の第２の粉末２２４ｂと接触するように、ローラ２０８を位置づけしうる。ローラ２０８の空間的に制御可能な帯電は、ローラ２０８がローラ２０８の表面２３３で粉末２２４ａ、２２４ｂを担持することができるように、粉末２２４ａ、２２４ｂとローラ２０８との間に力を生成しうる。
【００６７】
いくつかの実施態様では、付加製造システム２００は、粉末２２４ａをローラ２０８の表面２３３上に分注する付加的なリザーバ分注器（例：図１の分注器アセンブリ１０４）を含みうる。分注器が粉末２２４ａを表面２３３上に分注すると、電子源２０７によって帯電した表面２３３の部分に粉末２２４ａが集まる。分注器は、コントローラ１１２が分注器を制御して、ローラ２０８の異なる部分に粉末２２４ａを分注しうるように、移動可能であってもよい。分注器は付加的に又は代替的に、粉末２２４ｂを分注しうる。分注器は、粉末２２４ａ、２２４ｂを収容するリザーバ２２２ａ及び２２２ｂを含みうる。
【００６８】
表面２３３に粉末２２４が集められた後で、ローラ２０８は例えばリザーバ２２２又は分注器から集められた粉末２２４をプラテン２０６に選択的に堆積させうる。ローラ２０８は、最上層の一部を堆積させうる。ローラ２０８がプラテン２０６、又はプラテン２０６の粉末の上部層に沿って回転すると、プラテン２０６は、粉末２２４がプラテン２０６の方へ引き付けられるように、ローラ２０８に対して静電的に帯電しうる。例えば、プラテン２０６の静電気により、ローラ２０８の静電気によって生成された粉末２２４の静電力を克服するほど十分に大きい静電力が粉末２２４に発生しうる。この結果、粉末２２４は、ローラ２０８の表面２３３からプラテン２０６、又はプラテン２０６の粉末の上部層へ移される。
【００６９】
ローラ２０８が粉末の層の部分を横断する回転動作が完了した後で、ローラ２０８が粉末の層の別の部分を横断する後続の回転動作を完了させることができるように、ローラ２０８に放電させうる。電子源２０７は次に、後続の回転動作により粉末の一部を分注することができ、また新たなパターンの粉末２２４を堆積させてプラテン２０６に後続のパターン形成された層を形成することができるように、新たな空間分布の静電気を付与しうる。電子源１０７は次に、粉末の層の次の部分に対して、ローラ２０８が新たなパターンの粉末２２４を分注することができるように、新たな空間分布の静電気を付与しうる。ローラ２０８がプラテン２０６の全面積を横切ると、ローラ２０８は、新たな粉末の層を分注する回転動作を実行しうる。
【００７０】
ローラ２０８を使用してプラテン２０６に粉末２２４を堆積させるために、コントローラ２１２は、プラテン２０６の表面２１８、又はプラテン２０６が静電的に帯電している間にプラテン２０６に堆積した粉末の上部層に沿って、ローラ２０８を移動させうる。プラテン２０６の静電気により、ローラ２０８がプラテン２０６に近づいたときに、粉末の下層がプラテン２０６に残るようになる。プラテン２０６の静電気は更に、表面２３３の粉末２２４が表面２３３からプラテン２０６の表面２１８へ移されるように、ローラ２０８の表面２３３の粉末２２４を引き付ける。ローラ２０８は、プラテン２０６の粉末の層又は上面２１８に沿って回転することによって、プラテン２０６の上面２１８に平行する軸２３４に沿って平行移動しうる。ローラ２０８は回転可能であり、したがって、アクチュエータ又はドライバシステム（図示せず）はローラ２０８に、レール２３８によって支持されたローラ軸２３６の周りを回転させる。ローラ２０８がローラ軸２３６の周りを回転して、粉末の層に接触したときに、粉末とローラ２０８との間の回転摩擦により、ローラ２０８が軸２３４に沿って平行移動しうる。ある場合には、アクチュエータは、軸２３４に沿ってローラ２０８を移動させる線形アクチュエータを付加的に又は代替的に駆動しうる。ローラ２０８はしたがって、プラテン２０６の上面２１８に平行して移動可能でありうる。
【００７１】
いくつかの例では、ローラ２０８は、ローラ２０８が一方向にプラテン２０６全体を平行移動して粉末２２４を分注することができるように、プラテン２０６の幅全体に延びる幅を有しうる。各回転動作に対し、ローラ２０８は粉末の層の一部、又はプラテン２０６の表面２１８の一部を一方向に横断しうる。ローラ２０８は、ローラ２０８がプラテン２０６の全長を横断するまで、回転動作を継続しうる。
【００７２】
代替的に又は付加的に、ローラ２０８は、プラテン２０６の長さとほぼ等しい外周を有しうる。したがって、ローラ２０８の表面２３３がプラテン２０６の表面２１８上に１対１のマッピングを有することができ、これにより、ローラ２０８が粉末２２４の層の上を回転したときに、１つの粉末の層を形成するために分注される粉末２２４の分布を制御するために、一回転動作に対して表面２３３に静電気を空間分布させることが可能になる。ローラ２０８の表面２３３は、表面２３３の二次元平面への円筒形突出部が表面２１８と一致するように、プラテン２０６の表面２１８の面積とほぼ等しい、又はそれを上回る面積を有しうる。
【００７３】
他の例では、ローラ２０８はプラテン２０６の幅よりも狭い幅を有しうる。線形アクチュエータは、ローラ２０８の長さ方向の横断が完了した後で、ローラ２０８がプラテン２０６の幅全体を移動しうるように、ローラ２０８を軸２３４に直交する軸で平行移動させうる。幾つかの実施態様では、ローラ２０８の外周は、ローラ２０８の一回転でプラテン２０６の一部のみがカバーされるように、プラテン２０６の長さよりも短くなっている。この結果、プラテン２０６に粉末２２４の層を分注する各回転動作において、ローラ２０８を、層の各部分に対して特定パターンの静電気で選択的に帯電させ、その後、層の次の部分のために空間的に制御可能な静電気を受ける準備として放電させることができる。
【００７４】
ローラ２０８がプラテン２０６に沿って回転すると、ローラ２０８は、電子源２０７によりローラ２０８の表面２３３の部分に付与された静電気の空間分布に起因して、表面２３３に集まった粉末２２４の分布に基づいて粉末２２４を堆積させ、粉末２２４の層を形成する。静電気に引き付けられる材料で形成されうる粉末２２４は、ローラ２０８がリザーバ２２２の近くに位置づけされたときに、ローラ２０８の表面２３３の静電的に帯電した部分の方へ押される。ある場合には、分注器は、粉末２２４をローラ２０８上に直接分注しうる。電子源２０７はしたがって、ローラ２０８の表面２３３に空間分布した静電気を付与し、これによりローラ２０８は、粉末２２４が集まる帯電している部分（例：帯電している部分２４０）と、粉末２２４が集まらない帯電していない部分（例：帯電していない部分２４２）とを有するようになる。
【００７５】
一例では、帯電している部分２４０は、粉末２２４のごく近くに配置されたときに、帯電している部分２４０と粉末２２４との間にローラ２０８の表面２３３の方へ粉末２２４を引き付ける力を生成する。帯電していない部分２４２は、電子源２０７によって付与された静電気を含まないため、粉末２２４を引き付けない。
【００７６】
図２に示す実施例では、ローラ２０８は、リザーバ２２２ａの近くに位置づけされたときに、帯電している部分２４０に粉末２２４を集めるが、帯電していない部分２４２には粉末２２４ａを集めない。ローラ２０８が次に静電的に帯電したプラテン２０６の上を回転すると、粉末２２４と帯電している部分２４０との間で引き付ける静電力よりも、プラテン２０６と粉末２２４との間の静電力の方が大きいために、粉末２２４がプラテン２０６の方へ引き付けられる。プラテン２０６に堆積された粉末の層はしたがって、帯電している部分２４０に対応する粉末がある部分２４４と、帯電していない部分２４２に対応する粉末がない部分２４６とを含む。本書に記載したように、代替的に又は付加的に、分注器は粉末２２４ａをローラ２０８上に分注することができ、分注された粉末２２４ａはローラ２０８の帯電している部分に限局される。
【００７７】
幾つかの実施態様では、付加製造システム２００は、ローラ２０８の過剰な粉末を取り除くためにローラ２０８の表面２３３から粉末２２４を除去するブレードを含みうる。ブレードにより、ローラから回収トレーに粉末をこすり落とすことができる。
【００７８】
粉末２２４の各層２１５は、プラテン２０６の表面２１８に沿って二次元に延び、ローラ２０８の表面２３３の静電気によって、各層２１５の二次元に沿った粉末２２４の分布が制御される。各層２１５は、例えば２０〜１５０μｍの厚みを有しうる。電子源２０７は、ローラ２０８が上部層に粉末の一部を堆積させるか否かを独立して制御しうる静電気の空間分布を付与するように構成されている。
【００７９】
コントローラ２１２は、粉末２２４がリザーバ又は分注器からローラ２０８の表面２３３へ移されるのを制御するために、電子源２０７及びローラ２０８向けの命令を生成しうる。コントローラ２１２からローラ２０８及び電子源２０７へ送信された命令により、パーツの層の形状寸法に対応するローラ２０８の表面２３３の静電気の特定空間分布を確保することができる。命令は、プラテン２０６又は粉末の下層に堆積した粉末２２４の各部分に対する、ローラ２０８の回転、電子源２０７によって放射される電子の角度、また電子源２０７の起動を制御することによって、静電気の特定空間分布を発生させることができる。命令は更に、ローラ２０８のアクチュエータに、プラテン２０６の表面２１８、又はプラテン２０６に堆積した粉末の後続層の上を回転するように指示しうる。この結果、アクチュエータは、ローラ２０８の表面２３３の空間的に制御可能な静電気により、粉末２２４の対応する部分がローラ２０８からプラテン２０６の表面２１８、又は粉末の下層上へ移り、プラテン２０６に粉末の最外層を提供するように、プラテン２０６に対してローラ２０８を移動させるように構成されうる。ある場合には、命令は、ピストン２１４に、粉末２２４の上部層がローラ２０８と接触する、又はほぼ接触するように、プラテン２０６を上げる又は下げるようにも指示しうる。
【００８０】
ある場合、コントローラ２１２は、プラテン２０６による電力使用を調節するために、プラテン２０６のチャックの静電気の量を制御するための命令を送信しうる。ローラ２０８がプラテン２０６の表面２１８上に粉末２２４を分注している間はプラテン２０６を帯電させ、ローラ２０８が粉末２２４を分注した後は放電させることができる。
【００８１】
ある場合には、各部分に対する静電気を制御できるように、チャックを複数の部分に区分けすることができる。上記例では、ローラ２０８は、均一に分布した静電気を含むことができ、パーツを形成するためにプラテン２０６の粉末２２４ａを受け入れる部分に対するチャックの静電気を増やすことができる。粉末２２４を受け入れないプラテン２０６の部分に対するチャックの静電気は、減らすことができる。したがって、ローラ２０８がプラテン２０６の表面２１８、又はプラテン２０６に堆積した粉末の後続層の上を回転すると、ローラ２０８により、強い静電気を有するプラテン２０６の部分に粉末２２４が堆積する。
【００８２】
製造中、供給材料の層は漸進的に堆積され、融解される。粉末２２４は、付加製造システム２００によって製作されるパーツの一部となる材料の個体塊が形成されるように、加熱され溶融されうる。プラテン２０６は組み込みヒータ２４７ａによって、第１の供給材料と第２の供給材料の両方の融点を下回る基準温度に加熱されうる。プラテン２０６は、それぞれヒータ２４７ｂ及び２４７ｃによって各々加熱される側壁２４８ａ、２４８ｂも含みうる。ヒータ２４７ａ、２４７ｂ、２４７ｃは、プラテン２０６の基準温度を上げるように協働しうる。コントローラ２１２は、第２の供給材料を融解させずに第１の供給材料を融解させるのに十分なエネルギーを付与するために、エネルギー源２１０に供給される電力の量を制御しうる。こうして、エネルギー源２１０は、第１の供給材料を選択的に融解させるように、堆積した材料に小さい温度上昇をもたらすように構成されることができる。小さい温度差を通じて遷移することによって、堆積した供給材料の各層が、より迅速に処理されることが可能になりうる。例えば、プラテン２０６の基準温度は約２５００°Ｃであってよく、約５０°Ｃの温度を上昇させるエネルギーを付与するために、エネルギー源２１０をトリガすることができる。
【００８３】
エネルギー源２１０は、プラテンの上、即ち供給材料を堆積させるプラテン２０６の同じ側に位置づけされ得、材料分注ローラ２０８がプラテン２０６とエネルギー源２１０との間を通過できるように、プラテン２０６から十分に間隔を空けて位置づけされうる。図２に示すように、エネルギー源２１０は、プラテン２０６の粉末の最外層（例：上部又は最上層）をスキャンするように構成されうる、例えばレーザー等の集束エネルギー源であってよい。ロボット２４５は、エネルギー源２１０が粉末の特定の場所を溶融させることができるように、プラテン２０６の表面２１８に平行する水平面に沿ってエネルギー源２１０の位置を制御しうる。レーザー２４５が集束エネルギーのビームを使用して粉末をスキャンすると、粉末の温度が上がり、ビームが接触した小さい面積の粉末が溶融し、その小さい面積近辺の粉末により材料の個体塊が形成される。
【００８４】
付加製造システム２００は、ＣＡＤデータによって画定されるパーツとして形成されうる連続層（例：第１の層２１５ａ、第２の層２１５ｂ、及び後続層）を堆積させうる。エネルギー源２１０により各層の粉末が溶融した後に、新たに溶融していない粉末の層を堆積させるために、ローラ２０８が溶融した層の上を回転しうる。この結果、ローラ２０８がその上を回転する下層は、溶融した粉末で形成されうる。したがって、材料分注ローラ２０８を含む分注器は、プラテン２０６の上に粉末の連続層を形成するように構成されうる。連続層は、プラテン２０６に堆積させた底層（例：第１の層２１５ａ）を含みうる。他の層（例：第２の層２１５ｂ及び第２の層２１５ｂの上の後続層）は各々、溶融した粉末の下層に堆積されうる。コントローラ２１２は、ＣＡＤデータを使用して、粉末の各層に対して粉末を選択的に堆積させ溶融させるための命令を生成しうる。粉末の各層は、パーツの層に対応しうる。ローラ２０８の帯電分布を空間的に制御することによって、コントローラ２１２は、本書に記載されるプロセス及びシステムによって生成されるパーツの形状寸法を制御しうる。付加製造システム（例：図１の付加製造システム１００及び図２の付加製造システム２００）及びこれらのそれぞれのサブシステムをいずれかの適切な組み合わせで組み合わせて、プラテンの表面に粉末を選択的に堆積させ、選択的に除去し、また選択的に溶融させうる付加製造システムを提供することができる。付加製造システムは、材料除去ローラ（例：付加製造システム１００のローラ１０８）、及び材料分注ローラ（例：付加製造システム２００のローラ２０８）の両方として機能するローラを含みうる。付加製造システムは、点ベースのエネルギー源（例：付加製造システム２００のエネルギー源２１０）又は面積ベースのエネルギー源（例：付加製造システム１００のエネルギー源１１０）を含みうる。
【００８５】
図３に示すように、付加製造システム３００は、付加製造システム３００の様々な付加製造プロセスを実行するために、付加製造システム３００を操作するコントローラ３０５を含む。コントローラ３０５は、コントローラが付加製造システム３００の各サブシステム向けに命令を生成するのに使用しうるＣＡＤデータを受信する。コントローラ３０５は、これらの命令を使用して様々なサブシステムを制御する。
【００８６】
コントローラ３０５は、作業面（例：付加製造システム１００のプラテン１０６、付加製造システム２００のプラテン２０６）上に粉末（例：金属粉末、供給材料）を堆積させる分注システム３１０へ命令を送信しうる。作業面は、粉末と、パーツの層ごとの製作を支持するプラテンであってよい。分注システム３１０は、ある部分が粉末を含み、ある部分が粉末を含まないように、作業面に粉末の層を選択的に堆積させうる。幾つかの実施態様では、分注システム３１０は、作業面に均一な材料の層を堆積させ、次に均一な材料の層から複数の部分を選択的に除去しうる。分注システム３１０は、異なる種類の材料を作業面上に堆積させる分注器を使用する分注器アセンブリ（例：分注器アセンブリ１０４）を含みうる。分注システム３１０は、材料除去ローラ（例：付加製造システム１００の材料除去ローラ１０８）を使用して、均一な材料の層から粉末の複数の部分を選択的に除去しうる。幾つかの実施態様では、分注システム３１０は、材料分注ローラ（例：付加製造システム２００の材料分注ローラ２０８）を使用することによって、材料を選択的に堆積させうる。
【００８７】
コントローラ３０５は、粉末が付加製造システム３００内の表面間で移されるように、静電気を選択的に付与しうる帯電システム３１５にも命令を送信しうる。例えば、帯電システム３１５は、空間的に制御可能な静電気を使用して材料を選択的に堆積させる又は除去することができるローラに空間的に制御可能な静電気を付与する電子源（例：付加製造システム１００の電子源１０７、付加製造システム２００の電子源２０７）を含みうる。電子源は、静電気を生成するために、ローラの表面に電子を衝突させうる。幾つかの例では、電子源は、空間的に制御可能な静電気を付与するために、ローラの光導電層を照射する光源を含みうる。帯電システム３１５は、付加製造システム３００で使用される作業面、プラテン、又は他の粉末の支持体にも静電気を生成しうる。このように、付加製造システム３００の異なる構成要素の静電気を選択的に操作することによって、帯電システム３１５は、命令によって決定された特定部分内に粉末を堆積させ、付加製造システム３００の異なる表面間で移されるようにすることができる。
【００８８】
付加製造システム３００の溶融システム３２０は、粉末が溶融しうるように、エネルギー源を使用して作業面に堆積した粉末を溶融させうる。付加製造システム３００は、ＣＡＤデータに対応するパーツを生成するために、連続的な粉末の堆積及び溶融を実行しうる。溶融システム３２０のエネルギー源は、作業面に堆積した粉末の層全体の均一な温度上昇をもたらすヒータランプであってよい。溶融システム３２０のエネルギー源は、粉末の層の小さい面積の温度を上げる集束エネルギーのビームを生成する走査型レーザーであってよい。したがって、走査型レーザーは、点エネルギー源として機能しうる。溶融システム３２０は、例えば焼結プロセス、融解プロセス、又は粉末から材料の個体塊を形成する他のプロセスを使用することによって、粉末を溶融させうる。
【００８９】
付加製造システム３００の移動システム３２５は、付加製造システム３００の様々な構成要素を移動させるドライバシステムを含みうる。例えば、ドライバシステムにより、付加製造システム３００のローラ、プラテン、エネルギー源、分注器アセンブリ、分注器、及び他の構成要素の平行移動及び／又は回転をさせることができる。一例では、ドライバシステムは、ローラの表面の静電気の空間分布を制御するために、付加製造システム３００のローラと電子源を回転させることができる。別の例では、ドライバシステムは、連続層を作業面の上で積み重ねて堆積させることができるように、作業面の高さを低くする（例えば、分注システム３１０と作業面との間の相対距離を広げる）ことができる。ドライバシステムは、粉末の堆積した層の様々な部分を溶融させることができるように、エネルギー源を移動させることもできる。
【００９０】
電子源は、例えばローラがプラテンの表面全体を一回転した後に、ローラに空間的に制御可能な静電気を付与することができる。ある場合には、ローラが一回転することにより、ローラがプラテン表面の一部をカバーすることが可能になる。その結果、電子源は、ローラに幾つかの異なるパターンの空間的に制御可能な静電気を付与する幾つかの帯電工程を実行することが可能になる。
【００９１】
本書に記載される粉末（例：粉末１２４ａ、１２４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ）の材料は、粉末を選択的に除去しやすくするように選択されうる。粉末は、ローラ（例：材料除去ローラ１０８及び材料分注ローラ２０８）に付与される静電気に引き付けられる金属の供給材料であってよい。第１の粉末は、エネルギー源（例：エネルギー源１１０）が第２の粉末を溶融させずに第１の粉末を溶融させうる熱量を提供しうるように、第２の粉末の第２の供給材料よりも低い融点の第１の供給材料でできていてよい。このため、第１の供給材料の堆積したクラスタは融解し得、したがって溶融して溶融物を形成し得る。一方で、第２の供給材料は、凝集していない形態（例えば粉末）のままである。金属粒子の例は、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、及び、これらの金属の様々な合金を含む。幾つかの例において、第１の粉末はパーツとなる基板材料であってよく、第２の粉末は、パーツの各層が付加製造システムによって製作されるときに基板材料を支持する支持材料であってよい。
【００９２】
付加製造システムは、様々な材料及び静電特性を有する複数の種類の材料を選択的に堆積させることができ、これにより付加製造システムは、異なる種類の材料の各々に異なる度合いの静電気を付与することができる。。例えば、第１と第２の供給材料は、ローラの表面の静電気が第１と第２の供給材料の各々に違った影響を与えるように、異なる電荷輸送特性を有しうる。ある場合には、第１の供給材料は、第２の供給材料よりも弱い静電気を保持し得、したがって、ローラの表面の静電気は、第２の供給材料は引き付けるが、第１の供給材料は引き付けない。材料は、静電特性を調節する官能基を含みうる。第１の供給材料及び／又は第２の供給材料は、供給材料の電荷輸送特性を強める又は弱める官能基を含むように、調整されうる。例えば、官能基は、酸化物、窒化物、フッ化カルシウム、又はサファイアを含みうる。
【００９３】
供給材料の層別の溶融を達成するため、図１〜３に記載した放射及び／または伝導熱源及びエネルギー源の代わりにまたはそれらに加えて、プラズマベースのシステムもまた用いられ得る。プラズマ生成システムは、垂直に平行移動可能なカソードと、エネルギー源に接続されたアノードとを含みうる。プラズマ生成システムは、カソードとアノードとの間の領域を占め、付加製造システムのプラテンの表面の粉末にイオン衝撃を与えることができる。イオン衝撃に用いられるイオンは、プラズマに由来し得、供給材料に対してＤＣバイアスまたはＡＣバイアスのどちらかが印加されたとき、この供給材料に向かって加速され得る。イオン衝撃は、層を処理するため、材料をエッチングするため、供給材料を（例えば反応イオンエッチングで）化学変化させるため、供給材料をドーピング（例えば窒化物層を追加）するため、または表面処理に使用するために、用いられ得る。
【００９４】
静電的に帯電可能なチャック（例：プラテン１０６、２０６のチャック）は、例えば粉末１２４又は粉末２２４でできた極薄の（例：約１０〜２００ミクロンの厚さの）基板を支持しうる。チャックは、誘電材料を有するキャリアと、キャリアの上面に配置される導電層とを含みうる。誘電体層は、導電層がキャリアと誘電体層の間に配置されるように、導電層の上に配置されうる。導電体を、導電層に連結させることができる。チャックは、極薄の基板を静電的に保持するように構成されうる。
【００９５】
幾つかの実施態様が記載されてきた。だが、様々な修正が行われ得ることは理解すべきである。結果的に、他の実施態様も下記の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2018520024.tif 000003
【図２】
2018520024.tif 000004
【図３】
2018520024.tif 000005
【国際調査報告】
2018520024.tif 000006
2018520024.tif 000007