(57)【要約】本発明は、付加製造装置を監視する方法に関する。方法は、ワークピースの構築中に、付加製造装置から１つ以上のセンサ信号を受信すること、１つまたは複数のセンサ信号を、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程変動と比較すること、比較に基づいて、記録を生成することを含む。複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、ワークピースの構築の少なくとも１つの進行の状態に関連し、対応する許容可能な工程変動は、１つまたは複数のセンサ信号が生成されるとき、構築の進行の状態と関連する許容可能な工程変動である。
2018536092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造装置を監視する方法であって、該方法は、ワークピースの構築中に前記付加製造装置から１つまたは複数のセンサ信号を受け取ることと、前記１つまたは複数のセンサ信号を、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程変動と比較することと、比較に基づいて記録を生成することを含み、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の少なくとも１つの進行の状態に関連し、前記対応する許容可能な工程変動は、前記１つまたは複数のセンサ信号が生成されるときの、前記構築の前記進行の状態に関連する前記許容可能な工程変動であることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記ワークピースの前記構築の前記進行の状態は、前記ワークピース上の／構築容積内の位置を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２の方法であって、前記付加製造装置は、材料を圧密化するためのエネルギービームおよび／またはプラズマジェットを含み、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、前記材料が、前記エネルギービームおよび／または前記プラズマジェットを用いる前記構築中に圧密化される、少なくとも１つの位置に関連しており、前記方法は、前記センサ信号が生成されるとき、前記材料が前記エネルギービームおよび／または前記プラズマジェットによって圧密化される前記位置からの前記センサ信号と比較される、前記対応する許容可能な工程変動を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２の方法であって、前記付加製造装置は、移動可能な構築支持体を含み、前記構築支持体上でワークピースを形成するように層が圧密化され、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、少なくとも１つの層番号に関連しており、方法は、前記センサ信号の生成中に処理される層番号からの前記センサ信号と比較される、前記対応する許容可能な工程変動を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１の方法であって、前記ワークピースの前記構築の前記進行の状態は、前記構築における設定された事象からの時間を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５の方法であって、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、少なくとも１つの構築時間に関連し、方法は、前記センサ信号が生成される構築時間からの前記センサ信号と比較される、前記対応する許容可能な工程変動を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１の方法であって、前記ワークピースの前記構築の前記状態の進行が、前記センサ信号が生成される順序を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７の方法であって、前記複数の許容可能な工程変動の特定の順序は、前記構築中に、前記センサ信号が生成される順序に対応し、方法は、前記構築中に前記センサ信号が生成される順序からの前記センサ信号と比較される、前記対応する許容可能な工程変動を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つの方法であって、前記許容可能な工程変動は、以下ａ）〜ｓ）の一つまたは複数における許容可能な工程変動を含むことを特徴とする方法。
ａ）前記付加製造装置の構築チャンバ内の温度
ｂ）圧密化される流動性材料の温度
ｃ）溶融プールの温度
ｄ）センサによって集められた光の強度
ｅ）前記溶融プールからのスペクトル放射
ｆ）前記溶融プールの面積
ｇ）隣接する層の画像の比較
ｈ）前記構築チャンバ内のガス圧
ｉ）前記構築チャンバ内の酸素濃度
ｊ）前記構築チャンバを通るガスを再循環させるポンプのポンプ速度
ｋ）エレベータの位置、速度および／または加速度
ｌ）ワイパのワイパ位置、速度および／または加速度
ｍ）前記ワイパへの負荷
ｎ）センサ信号に基づく熱モデルから前記ワークピース／構築の現在または将来の部分の予測される温度
ｏ）材料の投与
ｐ）音響信号
ｑ）粉末床の画像
ｒ）前記圧密化された材料の画像、および／または、
ｓ）（ａ）〜（ｒ）のいずれかの変化率
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つの方法であって、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動と、センサ信号が生成される前記ワークピースの前記構築の各々の進行の状態との間に、１対１の相関があることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一つの方法であって、前記許容可能な工程変動の少なくとも１つは、複数の、前記ワークピースの前記構築の進行の状態に関連することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つの方法であって、前記複数の許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の前記関連する進行の状態によって特定される、前記ワークピースの１つ、または、複数の部分にのみ適用されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つの方法であって、前記センサ信号は、前記付加製造装置の以下のセンサの１つ以上からの信号を含むか、該信号から導出されることを特徴とする方法。
ａ）パイロメータ、
ｂ）音響センサ、
ｃ）サーマルカメラ、
ｄ）可視光カメラ、
ｅ）フォトダイオード、
ｆ）分光計、
ｇ）力フィードバック装置、
ｈ）圧力センサ、
ｉ）質量流量センサ、
ｊ）酸素センサ、
ｋ）エンコーダ、および／または、
１）加速度計
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一つの方法であって、前記許容可能な工程変動は、２つの感知された値の間の差の変動であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一つの方法であって、前記センサ信号の、前記対応する許容可能な工程変動との比較に基づいて、前記構築中に前記付加製造装置を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一つの方法であって、該方法は、前記付加製造装置での前記構築のパラメータを制御し、前記センサ信号を、前記対応する付加製造装置に戻すこと、および／または、前記センサ信号を前記対応する許容可能な工程変動内に維持することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一つの方法であって、前記センサ信号が前記許容可能な工程変動外にある場合、前記ワークピースの構築を停止することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、前記ワークピースの構築を停止することは、全体の構築を停止させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７の方法であって、前記ワークピースの前記構築を停止することは、前記構築の他のワークピースの構築を続けながら、前記ワークピースの構築を抑制することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一つの方法であって、前記対応する許容可能な工程変動の外にあるセンサ信号に基づいて、前記センサ信号から導出されたセンサデータのサブセットのみを記憶することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一つの方法であって、該方法は、センサデータを、前記ワークピースまたは構築容積の座標系に前記センサデータを位置づける座標データとともに記憶すること、および、前記座標データを使用して前記センサデータが前記許容可能な工程変動の外にある、前記ワークピースの領域を識別することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一つの方法であって、前記対応する許容可能な工程変動の外にある領域に対するセンサ信号に基づいて、前記ワークピースの領域を修復するように前記付加製造装置を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一つの方法であって、前記対応する許容可能な工程変動の外にある領域に対するセンサ信号に基づいて、前記ワークピースの領域のさらなる検査を実行するよう前記付加製造装置を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
付加製造装置を監視するコントローラであって、該コントローラは、ワークピースの構築中に前記付加製造装置から１つまたは複数のセンサ信号を受信し、前記１つまたは複数のセンサ信号を、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程変動と比較し、比較に基づいて記録を生成するように構成されたプロセッサを含み、前記複数の許容可能な工程変動の各々の許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の少なくとも１つの進行の状態に関連し、前記対応する許容可能な工程変動は、前記１つまたは複数のセンサ信号が生成されたときの、前記構築の前記進行の状態に関連する許容可能な工程変動であることを特徴とするコントローラ。
【請求項２５】
請求項２４のコントローラであって、前記プロセッサは、前記ワークピースを構築するための前記構築の命令と共に、前記複数の許容可能な工程変動を受信するように構成されることを特徴とするコントローラ。
【請求項２６】
請求項２４または２５のコントローラであって、該コントローラは、メモリを含み、前記プロセッサは、前記構築の命令を受信すると前記複数の許容可能な工程変動をメモリに格納し、前記ワークピースの前記構築の完了後、または、異なるワークピースに対する構築命令が、前記コントローラにアップロードされたときに、前記複数の許容可能な工程変動をメモリから消去するように構成されることを特徴とするコントローラ。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のいずれか一つのコントローラであって、前記プロセッサは、前記対応する許容可能な工程変動の外にあるセンサ信号に基づいて、前記センサ信号から導出されたセンサデータのサブセットのみを記憶するように構成されることを特徴とするコントローラ。
【請求項２８】
請求項２４〜２７のいずれか一つのコントローラを含む付加製造装置。
【請求項２９】
その中に命令を有するデータキャリアであって、命令がプロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項１〜２３のいずれか一つの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項３０】
付加製造装置でのワークピースの構築のための命令を生成する方法であって、該方法は、前記付加製造装置、および／または、１つ以上の対応する付加製造装置で、前記ワークピースの少なくとも一部分と名目上同一である１つ以上の当初ワークピースを構築することと、前記当初ワークピースまたは前記各々の当初ワークピースの前記構築中に、前記付加製造装置、および／または、前記１つ以上の対応する付加製造装置からの一組のセンサ信号を受信することと、前記１つ以上の当初ワークピースを評価して、前記当初ワークピースまたは前記各々の当初ワークピースが、指定された要件を満たすかどうかを判定することと、前記一組の前記センサ信号または各々の一組の前記センサ信号を、前記一組の前記センサ信号が、特定の要件を満たす構築のセンサ信号を表すかどうかを識別する、１つまたは複数の品質識別子と関連づけることと、前記一組または複数組のセンサ信号と、関連づけられた品質識別子から、前記付加製造装置を用いる前記ワークピースの後続の構築中に生成される、対応する一組のセンサ信号に対する複数の許容可能な工程変動を決定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項３０の方法であって、前記許容可能な工程変動は、前記１つ以上の当初ワークピースの前記構築中の前記センサ信号における自然な工程変動の統計的解析によって、および、前記センサ信号が、前記指定された要件を満たすと評価された前記ワークピースの一部に関するものであるかどうかによって決定されることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３０または３１の方法であって、該方法は、一連の名目上同一のワークピースの製造に使用され、前記許容可能な工程変動は、より多くのワークピースが構築されるにつれ、各構築からのセンサデータで改良され／発展させられることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３０〜３２のいずれか一つの方法であって、前記当初ワークピースは、前記ワークピースがその後に構築される位置と同一の構築容積内の位置で構築されることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３０〜３３のいずれか一つの方法であって、前記当初ワークピースは、前記ワークピースがその後に構築される位置とは異なる構築容積内の位置で構築され、マッピングが、前記構築容積内の当初ワークピースの前記位置に対して決定された前記許容可能な工程変動を、前記ワークピースが構築される前記構築容積内の前記位置に対する許容可能な工程変動に変換するために適用されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３０〜３４のいずれか一つの方法であって、前記ワークピースは、単一の構築において一緒に構築される一組のワークピースの１つであり、前記当初ワークピースは、前記ワークピースを構築するときに使用される構築容積内のレイアウトと、同じ前記構築容積内の前記レイアウトで、一組の同一のワークピースと共に構築されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３０〜３４のいずれか一つの方法であって、前記ワークピースは、第１の構築レイアウトにおける単一の構築で一緒に構築される一組のワークピースの１つであり、前記当初ワークピースは、構築容積内の第２の異なる構築レイアウトで構築され、マッピングが、前記第２の構築レイアウトにおける前記当初ワークピースのセンサデータから決定される前記許容可能な工程変動を、前記第１の構築レイアウトにおける前記ワークピースの構築に対する許容可能な工程変動に変換するために使用されることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３０〜３６のいずれか一つの方法であって、前記対応する付加製造装置は、前記付加製造装置と名目上同一の機能を有することを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３０〜３７のいずれか一つの方法であって、前記当初ワークピースの構築のための前記特定の要件は、前記ワークピースの前記構築の完了、圧密化された材料の密度、クラックの不存在または最大数またはサイズ、前記ワークピース内の空隙または包含物、表面仕上げ、多孔性、結晶構造、および／または、前記ワークピースの化学組成を含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３０〜３８のいずれか一つの方法であって、前記特定の要件は、前記ワークピースの特定の圧縮強度、引張強さ、せん断強さ、硬度、微小硬度、体積弾性率、せん断弾性率、弾性率、剛性、破断点伸び、ポアソン比、腐食抵抗、散逸率、導電率、および／または、磁気特性を含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３０〜３９のいずれか一つの方法であって、前記特定の要件は、機能試験を実施する際の特定の特性であることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３０〜４０のいずれか一つの方法であって、当初ワークピースのある領域のみが前記特定の要件を満たさないとみなされる場合、前記方法は、使用者から、前記当初のワークピースの前記構築に対する全てのセンサ信号が、前記特定の要件を満たさない構築に関連するものとして識別されるかどうか、または、前記特定の要件を満たさないとみなされる前記領域に関連する前記センサ信号のみが、受け入れ可能な構築に関する他のセンサデータと、そのようなものとして識別されるべきかどうかの識別を受信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３０〜４１のいずれか一つの方法であって、前記ワークピースが前記特定の要件を満たすかどうかを判断するための前記当初ワークピースの評価は、非破壊検査（ＮＤＴ）を含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３０〜４１のいずれか一つの方法であって、前記当初ワークピースの評価は、破壊的試験を含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３０〜４３のいずれか一つの方法であって、各々の許容可能な工程変動を、前記ワークピースの前記構築の少なくとも１つの進行の状態と関連づけることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３０〜４４のいずれか一つの方法であって、１組または複数組のセンサ信号および関連する品質識別子から、一組の一次的な許容可能な工程変動であって、各々の一次的な許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の進行の状態と関連づけられる、前記一組の一次的な許容可能な工程変動を決定することと、前記一組の一次的な許容可能な工程変動から、低減された一組の二次的な許容可能な工程変動であって、前記二次的な許容可能な工程変動の少なくとも１つが、前記ワークピースの前記構築の複数の進行の状態に関連づけられる、前記低減された一組の二次的な許容可能な工程変動を生成することを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５の方法であって、前記低減された一組の二次的な許容可能な工程変動は、前記一次的な許容可能な工程変動の類似のものを一緒にグループ化し、各グループに対して前記二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され、複数の進行の状態と関連する、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、前記対応するグループの前記一次的な許容可能な工程変動に関連する前記進行の状態に対応することを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６の方法であって、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、前記対応するグループの前記一次的な許容可能な工程変動の特性から生成されることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４６または４７の方法であって、前記一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導出された値を用いてグループ化されることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４８の方法であって、異なる類似性基準が、前記一次的な許容可能な工程変動をまとめてグループ化するために使用される、前記ワークピースの異なる領域を識別する使用者入力を受信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
付加製造装置を制御するための命令を生成するためのシステムであって、該システムは、前記付加製造装置および／または一つ以上の対応する付加製造装置でもって、ワークピースの少なくとも一部と名目上同一の、１つ以上の当初ワークピースの各々を構築するための一組のセンサ信号を受信し、前記当初ワークピースまたは各々の当初ワークピースが、指定された要件を満たすかどうかの指示を受信し、前記一組のセンサ信号または各々の一組のセンサ信号を、一組のセンサ信号の全部または一部が、指定された要件を満たす構築に対するセンサ信号を表すかどうかを識別する１つまたは複数の品質識別子と関連付け、および、前記一組または複数組のセンサ信号と、関連づけられた品質識別子とから、前記付加製造装置を用いて前記ワークピースの後続の構築中に生成される、対応する一組のセンサ信号に対する複数の許容可能な工程変動を決定するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項５１】
請求項５０のシステムであって、前記プロセッサは、前記許容可能な工程変動を、前記構築の進行の状態に関連付けるように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項５２】
請求項５０のシステムであって、進行の状態は、構築容積内の／前記ワークピース上の位置であることを特徴とするシステム。
【請求項５３】
請求項５０のシステムであって、進行の状態は、前記構築中の時間であることを特徴とするシステム。
【請求項５４】
請求項５０のシステムであって、進行の状態は、前記センサ信号が前記構築中に収集される順序であることを特徴とするシステム。
【請求項５５】
請求項５０〜５４のいずれかのシステムであって、前記プロセッサは、層毎の態様での、および、前記許容可能な工程変動での前記ワークピースの形成において、材料を構築する際にたどるべき、エネルギービームまたはプラズマジェットのための、走査経路および走査パラメータを含む構築ファイルを生成するように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項５６】
請求項５０〜５５のいずれかのシステムであって、前記プロセッサは、前記一組または複数組のセンサ信号、および、関連する品質識別子から、一組の一次的な許容可能な工程変動であって、各々の一次的な許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の進行の状態と関連する、前記一組の一次的な許容可能な工程変動を決定し、前記一組の一次的な許容可能な工程変動から、一組の低減された二次的な許容可能な工程変動であって、少なくとも１つの二次的な許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の複数の進行の状態と関連する、前記一組の低減された二次的な許容可能な工程変動を生成するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項５７】
請求項５６のシステムであって、前記一組の低減された二次的な許容可能な工程変動は、前記一次的な許容可能な工程変動の類似するものをグループ化することと、各グループについて前記二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの前記一次的な許容可能な工程変動に関連する前記進行の状態と対応する、複数の進行の状態と関連することを特徴とするシステム。
【請求項５８】
請求項５７のシステムであって、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの、前記一次的な許容可能な工程変動の特性から生成されることを特徴とするシステム。
【請求項５９】
請求項５６または５７のシステムであって、前記一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導出された値を使用してグループ化されることを特徴とするシステム。
【請求項６０】
請求項５９のシステムであって、前記プロセッサは、前記ワークピースの領域を識別する使用者入力を受信し、前記ワークピースの他の領域と関連する一次的な許容可能な工程変動をグループ化するのに使用されるものとは異なる類似基準を使用して、前記識別された領域に関連する前記一次的な許容可能な工程変動をグループ化するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６１】
その上に命令を有するデータキャリアであって、命令は、プロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサが、請求項３０〜４９のいずれかの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項６２】
付加製造装置を制御する方法であって、該方法は、前記付加製造装置を用いて、層毎に材料を圧密化することによってワークピースを構築するための命令を提供することと、前記付加製造装置のセンサ信号に対する複数の許容可能な工程変動を決定することと、前記命令および前記複数の許容可能な工程変動を含む構築ファイルを生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項６２の方法であって、前記許容可能な工程変動の各々は、前記ワークピースの前記構築の少なくとも１つの進行の状態に関連することを特徴とする方法。
【請求項６４】
プロセッサを含む装置であって、前記プロセッサは、請求項６２または６３の方法を実行するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６５】
その上に記憶された命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項６２または６３の方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項６６】
層毎の態様でのワークピースの構築における、付加製造装置に命令するための構築ファイルを、その上に有するデータキャリアであって、前記構築ファイルは、前記付加製造装置が、前記ワークピース、および、前記ワークピースの構築中に前記付加製造装置のセンサによって生成されたセンサ信号に対する許容可能な工程変動を、どのように構築すべきかの命令を含むことを特徴とするデータキャリア。
【請求項６７】
付加製造装置を監視する方法であって、該方法は、材料が圧密化されるときに材料層の複数の熱画像を捕捉することと、前記複数の熱画像の比較から圧密化領域の温度変化率を決定することと、前記圧密化領域の温度の変化率の記録を記憶することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６８】
付加製造装置であって、該装置は、支持体と、該支持体に材料を供給する材料供給源と、前記材料の層を圧密化して層毎にワークピースを形成するための放射光源と、前記材料が圧密化されるとき、前記材料を画像化するためのサーマルカメラと、前記サーマルカメラから画像を受信し、複数の圧密化された材料の画像を比較して、前記圧密化された材料の温度変化率を決定するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする装置。
【請求項６９】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令が、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項６７の方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項７０】
付加製造装置を監視する方法であって、該方法は、材料の連続する層の画像を取り込むことと、複数の対応する領域に対する連続する層の対応する領域間の画像の差分を決定することと、前記差分から、前記複数の対応する領域に対する画像における全体的な差分を定める相違値を決定することと、前記相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて前記付加製造装置を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項７０の方法であって、前記画像は、エネルギービーム／プラズマジェットによる圧密化前の連続する材料の層であることを特徴とする方法。
【請求項７２】
請求項７０または７１の方法であって、前記閾値は、正しく形成され、そこを通って突き出る圧密化部分を有さない、２つの連続する材料層について識別される、予想される相違値に基づいて設定されることを特徴とする方法。
【請求項７３】
請求項７２の方法であって、前記閾値は、そのように正しく形成された連続層について生成された相違値の統計分析から決定され、前記閾値は、統計的に決定された自然変動よりも上に設定されることを特徴とする方法。
【請求項７４】
請求項７０〜７３のいずれか一つの方法であって、前記対応する領域は、前記画像の対応する個々の画素または画素のグループであることを特徴とする方法。
【請求項７５】
請求項７０〜７４のいずれか一つの方法であって、前記相違値は、対応する領域間の前記差分から決定され、より大きな差分は、前記差分の大きさと比較される相違値に不均衡に寄与するように重みづけされることを特徴とする方法。
【請求項７６】
付加製造装置であって、該装置は、支持体と、該支持体に材料を供給する材料源と、前記材料の層を圧密化して層毎にワークピースを形成するための放射光源と、前記材料の連続層を撮像するためのカメラと、複数の対応する領域に対する連続する層の対応する領域間の画像の差分を決定し、前記差分から、前記複数の対応する領域に対する画像の全体的な差分を定量化する相違値を決定し、前記相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて前記付加製造装置を制御するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする装置。
【請求項７７】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項７０〜７５のいずれか一つの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項７８】
付加製造装置を監視する方法であって、該方法は、ワイパによって広げられたが、エネルギービームで圧密化される前の材料の層の画像を取得することと、前記画像の異なるカラム間の差分を定量化する相違値を決定することと、前記相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて、前記ワイパを変更／調整し、および／または、前記ワイパをチェックするために使用者に対する警告を生成するように前記付加製造装置を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７９】
付加製造装置であって、該装置は、材料床を支持するための支持体と、材料を提供する材料源と、前記材料床を横切って前記材料源により提供される材料を広げるためのワイパと、前記材料の層を圧密化して層毎にワークピースを形成するためのエネルギービームを生成する放射光源と、前記エネルギービームで前記層を圧密化する前に、各層の画像を取得するカメラと、各画像に対して、前記画像の異なるカラム間の差分を定量化する相違値を決定し、前記相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて、前記ワイパを変更／調整し、および／または、前記ワイパをチェックするよう使用者に対する警告を生成するように付加製造装置を制御するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする装置。
【請求項８０】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサが、請求項７８の方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項８１】
ワークピースが層毎に材料を圧密化することによって構築される、付加製造工程を監視する方法であって、該方法は、ワークピースの構築中、付加製造装置からのセンサ信号を受信することと、前記センサ信号から、さらなる検査のための前記ワークピースの領域を識別することと、前記識別された領域からのさらなるセンサデータを取得するためのセンサシステムを操作することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８２】
請求項８１の方法であって、前記センサシステムは、前記領域によって生成された放射光を捕捉するための光センサシステムを含むことを特徴とする方法。
【請求項８３】
請求項８２の方法であって、光学システムは、前記ワークピース上の選択された局所から放射された放射光を捕捉するための操作可能な光学系を含み、前記方法は、前記識別された領域から放射光を捕捉するために前記操作可能な光学系を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８４】
請求項８２または８３の方法であって、光学システムは、前記材料を圧密化させるためのレーザビームを導くための光学システムと、光学部品を共有し、前記光学システムは、前記レーザビームでの材料の圧密化の間に、領域上のさらなるデータを捕捉するように指向されることを特徴とする方法。
【請求項８５】
請求項８２または８３の方法であって、光学システムは、材料を圧密化するために使用されるエネルギービームを操作するためのシステムとは別個の光学システムを含むことを特徴とする方法。
【請求項８６】
請求項８１〜８５のいずれか一つの方法であって、前記センサ信号が許容可能な工程変動の外にある場合、領域がさらなる検査のために識別されることを特徴とする方法。
【請求項８７】
付加製造装置を制御するコントローラであって、該コントローラは、ワークピースの構築中に、前記付加製造装置からのセンサ信号を受信し、前記センサ信号から、さらなる検査のための前記ワークピースの領域を識別し、前記識別された領域から、さらなるセンサデータを取得するようにセンサシステムを操作するための命令を生成するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とするコントローラ。
【請求項８８】
付加製造装置であって、請求項８７のコントローラを含むことを特徴とする装置。
【請求項８９】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項８１〜８６のいずれか一つの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項９０】
付加製造装置においてワークピースを構築するための命令を生成する方法であって、該方法は、前記付加製造装置を使用する前記ワークピースの構築中に生成されたセンサ信号に対する一組の一次的な許容可能な工程変動であって、各一次的な許容工程変動は、前記一次的な許容可能な工程変動に関連する前記ワークピースの前記構築の特定の進行の状態の間に生成されるセンサ信号に適用可能である、一組の一次的な許容可能な工程変動を受信することと、前記一組の一次的な許容可能な工程変動から一組の低減された二次的な許容可能な工程変動であって、前記二次的な許容可能な工程変動の少なくとも１つは、前記ワークピースの前記構築の複数の進行の状態に関連する、前記一組の低減された二次的な許容可能な工程変動を生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９１】
請求項９０の方法であって、前記低減された一組の二次的な許容可能な工程変動は、前記一次的な許容可能な工程変動の類似のものをグループ化し、各グループに対して前記二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、前記対応するグループの前記一次的な許容可能な工程変動に関連する前記進行の状態に対応する、複数の進行の状態と関連することを特徴とする方法。
【請求項９２】
請求項９１の方法であって、各々の二次的な許容可能な工程変動は、前記二次的な許容可能な工程変動が生成される、前記対応するグループの前記一次的な許容可能な工程変動の特性から生成されることを特徴とする方法。
【請求項９３】
請求項９０または９１の方法であって、前記一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導出された値を用いてグループ化されることを特徴とする方法。
【請求項９４】
請求項９３の方法であって、前記一次的な許容可能な工程変動をまとめてグループ化するために、異なる類似基準が使用される、前記ワークピースの異なる領域を識別する使用者入力を受信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９５】
プロセッサを含むコントローラであって、前記プロセッサは、請求項９０〜９４のいずれか一つの方法を実行するように構成されることを特徴とするコントローラ。
【請求項９６】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項９０〜９４のいずれか一つの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項９７】
ワークピースを製造するために使用される製造チェーンの装置に対する命令を生成する方法であって、前記製造チェーンは、付加製造装置を含み、前記方法は、前記ワークピースの構築中に、前記付加製造装置からセンサ信号を受信することと、前記センサ信号に基づいて、前記製造チェーンの少なくとも一つの別の装置のための命令を生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９８】
請求項９７の方法であって、前記方法は、前記センサ信号を、前記センサ信号における許容可能な工程変動と比較することを含み、前記製造チェーンの少なくとも１つの別の装置に対する命令は、前記比較に基づいて生成されることを特徴とする方法。
【請求項９９】
請求項９７または９８の方法であって、前記別の装置は、サブトラクティブ製造装置、研磨装置、支持体除去装置、測定装置、別の付加製造装置、前記ワークピース内の熱応力を緩和する装置、および／または、構築基材を再調整するための機械を含むことを特徴とする方法。
【請求項１００】
ワークピースを製造するために使用される製造チェーンの装置に対する命令を生成する装置であって、該装置は、請求項９７〜９９のいずれか一つの方法を実行するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする装置。
【請求項１０１】
その上に格納された機械読み取り可能な命令を有するデータキャリアであって、前記機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項９７〜９９のいずれか一つの方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項１０２】
ワークピースを製造するための製造チェーンであって、該製造チェーンは、付加製造装置、少なくとも１つの別の装置、および、請求項１００の装置を含むことを特徴とする製造チェーン。
【請求項１０３】
ワークピースが、材料を層状に圧密化することにより形成される、付加製造装置を使用することを含むワークピースの製造方法であって、前記製造方法は、前記ワークピースの構築中、前記付加製造装置のセンサからセンサ信号を受信することと、前記センサ信号が捕捉されたときの前記構築の進行状態に対するそのセンサからの信号に対する、対応する許容可能な工程偏差と共に、各センサ信号の画像を表示することを含み、前記進行状態の異なるものは、異なる許容可能な工程変動と関連づけられることを特徴とする製造方法。
【請求項１０４】
製造工程において使用される視覚化装置であって、該視覚化装置は、プロセッサとディスプレイを含み、前記プロセッサは、請求項１０３の方法を実行して、前記ディスプレイが前記画像を表示するように構成されることを特徴とする視覚化装置。
【請求項１０５】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項１０３の方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【請求項１０６】
１つまたは複数の付加製造装置を使用して複数の名目上同一のワークピースを製造する方法であって、各ワークピースは、層毎に材料を圧密化されて形成され、前記方法は、前記ワークピースの構築中、前記付加製造装置または各々の付加製造装置のセンサからのセンサ信号を受信することと、前記構築の異なる進行の状態に対する前記センサ信号から複数の許容可能な工程変動を決定することと、前記センサ信号が捕捉された時点での前記構築の前記進行の状態に対する、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程偏差と共に、前記ワークピースの少なくとも１つに対する各センサ値の画像を表示することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０７】
製造工程で使用される視覚化装置であって、該視覚化装置は、プロセッサとディスプレイを含み、前記プロセッサは、請求項１０６の方法を実行して、前記ディスプレイに前記画像を表示するように構成されることを特徴とする視覚化装置。
【請求項１０８】
その中に命令を有するデータキャリアであって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、請求項１０６の方法を実行することをもたらすことを特徴とするデータキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造方法および装置に関し、特に、付加製造工程を監視し、および、任意に制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品を製造するための付加製造またはラピッドプロトタイピング法は、流動性材料の層ごとの圧密化を含む。選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、および、ステレオリソグラフィーのような粉末床システム、ならびに、ワイヤアーク付加製造を含む、熱溶解積層法のような非粉末床システムを含む、種々の付加製造法が存在する。
【０００３】
選択的レーザ溶融において、構築チャンバの粉末床上に粉末層が堆積され、構築されるワークピースの断面（スライス）に対応する粉末層の部分にわたってレーザビームが走査される。レーザビームは粉末を溶融または焼結して圧密化層を形成する。層の選択的な圧密化の後、粉末床は、新しく圧密化される層の厚さだけ降下させられ、必要に応じて、さらなる粉末層が表面上に広げられ、圧密化される。１つの構築において、複数のワークピースが構築され得、部品は粉末床内で離間して配置される。
【０００４】
付加製造工程を監視するための様々なシステムが開発されている。例えば、特許文献１は、レーザビームを向けるための光学モジュールを通して、溶融プールを監視するための装置および方法を開示する。参照により本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ／ＧＢ２０１６／０５１７２０（特許文献２）は、付加工程の属性を感知するための受動音響センサの使用を開示する。
【０００５】
非特許文献１は、操作者が、オンラインでＳＬＭジョブの品質を監視し、部品の品質を評価するシステムを開示する。品質を検証するために、溶融プールの予期されるセンサ値が、予め規定される。このような基準値は、経験上の結果から予測される。フィルアンドコントゥール走査ベクタのセンサ値の集合体は、特定のベクタクラスに対する集合体分布の平均値および標準偏差などの統計パラメータを計算するために使用され得る。これらの標準パラメータに加えて、信頼区間が、参照データで計算され得、解釈工程を単純化することができる。信頼区間は、品質推定の基礎である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０１５／０４０４３３号
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２０１６／１９８８８５号
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２０１０／００７３９４号
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２０１０／００７３９６号
【特許文献５】国際公開第ＷＯ２０１０／０２６３９６号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／００９４７２８号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１３／０１１２６７２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S.Clijsters、T.Craeghs、S.Buls、K.Kempen、J-P.Kruth（２０１４）、「高速リアルタイム溶融プール監視システムを用いた選択的レーザ溶融プロセスのその場での品質管理」、International Journal of Advanced Manufacturing Technology、１０８９−１１０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
付加製造工程の改善された工程内制御を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、付加製造装置を監視する方法が提供され、この方法は、ワークピースの製造中に付加製造装置から１つ以上のセンサ信号を受け取るステップと、１つ以上のセンサ信号を、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程変動と対比するステップと、比較に基づいて記録を生成するステップを含み、前記複数の許容可能な工程変動のそれぞれの許容可能な工程変動は、前記ワークピースの前記構築の進行状態に関連しており、前記対応する許容可能な工程変動は、１つ以上のセンサ信号が生成されたとき、前記構築の進行状態に関連していることを特徴とする。
【００１０】
このようにして、複数の許容可能な工程変動は、構築の進行につれ、許容可能な工程変動に影響を及ぼす、ワークピースの幾何学的形状などの要因を考慮して、ワークピースの構築に前もって求められ得る。許容可能な変動は、センサ信号自体またはセンサ信号から得られる値の変動を含み得る。
【００１１】
許容可能な工程変動は、構築時間、および／または、構築容積および／またはワークピース内の位置によって変化し得る。ワークピースの構築の進行の状態は、ワークピース上／構築容積内の位置、または、構築における設定事象（時間ゼロ）からの時間を含み得る。時間ゼロは、構築が始まる（例えば、構築の最初の命令が実行される）時間、または、装置が、層の材料を圧密化し始める時間であり得る。設定事象は、１つまたは複数のセンサ信号がその間に生成される後続の事象が、設定事象後に十分に所定の時間で生じ、時間が、必要な最小変位を備えた位置のプロキシになるように選択され得る。このことは、センサ信号が生成された時点での付加製造装置の要素の位置（操行可能な光学系および／または構築プラットフォームのｚ位置など）ではなく、センサ信号が生成される時間を記録することが単に必要となるので、センサデータの収集と、センサデータが比較されるべき対応する許容可能な工程変動の識別を簡単にし得る。一実施形態において、複数の許容可能な工程変動は、順序付けられたリスト内にあり、センサ信号は、構築中に既知の順序で生成され、複数の許容可能な工程変動の順序は、センサ信号が生成される順序に対応する。
【００１２】
付加製造装置は、材料を圧密化させるためのエネルギービームおよび／またはプラズマジェットを含み得、方法は、センサ信号が生成されたときに、エネルギービームおよび／またはプラズマジェットによって圧密化される材料の（ワークピース内または付加製造装置の構築容積内の）位置を決定すること、および、決定された位置からのセンサ信号と比較するために対応する許容可能な工程変動を決定することを含み得る。
【００１３】
付加製造装置は、移動可能な構築サポートを含み得、複数の層が構築サポート上でワークピースを形成するために圧密化され、方法は、１つ以上のセンサ信号の生成中に処理される現在の層番号を決定すること、および、決定された層番号からのセンサ信号と比較するために対応する許容可能な工程変動を決定することを含む。
【００１４】
方法は、センサ信号が生成されたとき、構築における時間を決定すること、および、決定された時間からのセンサ信号と比較するために、対応する許容可能な工程変動を決定することを含む得る。
【００１５】
方法は、センサ信号が生成される順序を決定すること、および、決定された順序からセンサ信号と比較するために、対応する許容可能な工程変動を決定することを含み得る。
【００１６】
許容可能な工程変動は、以下の１つまたは複数の許容可能な変動を含み得る。
ａ）付加製造装置の構築チャンバ内の温度
ｂ）圧密化される流動性材料の温度
ｃ）溶融プールの温度
ｄ）センサによって集められた光の強度
ｅ）溶融プールからのスペクトル放射
ｆ）溶融プールの面積、溶融プールの長さおよび／または幅、長さと幅の比、溶融プールの長さと幅の変化率（溶融プールのボーリングが発生したかどうかを判断するために使用され得る）
ｇ）隣接する層の画像の比較
ｈ）構築チャンバ内のガス圧
ｉ）構築チャンバ内の酸素濃度
Ｊ）構築チャンバを通るガスを再循環させるポンプのポンプ速度
ｋ）エレベータの位置、速度および／または加速度
ｌ）ワイパのワイパ位置、速度および／または加速度
ｍ）ワイパの負荷（ワイパの加速度および／または負荷は、圧密化された領域の一部が丸くなり、粉末床の表面よりも上に突出しているかどうかを検出するために使用され得る）
ｎ）センサ信号に基づく熱モデルからワークピース／構築の現在または将来の部分の予測温度
ｏ）材料の投入
ｐ）音響信号
ｑ）粉末床の画像
ｒ）圧密化された材料の画像、および／または、
ｓ）（ａ）〜（ｒ）のいずれかの変化率
【００１７】
複数の許容可能な工程変動の、各々の許容可能な工程変動と、ワークピースの構築の進行の状態との間に、１対１の相関関係が存在し得る。
【００１８】
あるいは、許容可能な工程変動の少なくとも１つは、複数のワークピースの構築の進行の状態に関連付けられる。
【００１９】
複数の許容可能な工程変動は、ワークピースの関連する構築の進行の状態によって特定されるので、ワークピースの複数の部分にのみ適用され得る。例えば、そのような部分は、顕著なオーバーハングまたは薄い壁を有するワークピースの部分であり得る。ワークピースの他の部分については、例えば、使用される材料または走査ストラテジに使用される、許容可能な工程変動または一般的に許容される工程変動が、存在しなくてもよい。特に、一般的な許容可能な工程変動は、不良する可能性が低い、または、重大でないワークピースの部分に適し得るが、ワークピースに固有の許容可能な工程変動は、予定された制御なしでは不良する可能性があるか、または、重大である部分に対して使用され得る。そのような別の実施形態において、各ワークピース固有の許容可能な工程変動とワークの構築の進行の状態との間に、１対１の相関関係が存在し得、一方、各々の一般的な許容可能な工程変動とワークピースの構築の進行の状態との間に、１対多数の関係が存在し得る。
【００２０】
センサ信号は、付加製造装置の以下のセンサの１つ以上からの信号を含み得る。
ａ）例えば、材料床および／または溶融プールの温度を計測するためのパイロメータ
ｂ）英国出願第１５１０２２０．５号（特許文献２）に記載され、本明細書に参照として組み込まれる、工程の様々な面の属性を引き出すために使用され得る音響センサ
ｃ）例えば、材料床の温度を計測するための熱（赤外線）カメラ
ｄ）例えば、構築中にワークピースの変形を計測するための可視光カメラ
ｅ）例えば、溶融プールおよび／または材料床の温度を計測するためのフォトダイオード
ｆ）材料の溶融中に生成された溶融プールおよび／またはプラズマプルームからのスペクトル放射を計測するための分光計
ｇ）力フィードバック、例えば、ワイパ上の荷重センサ
ｈ）例えば、構築チャンバ内のガス圧力、または、構築チャンバを介して再循環されるガスからの凝縮物をろ過するためのフィルタ要素を通る圧力差を計測するための圧力センサ
ｉ）例えば、構築チャンバを通って再循環されるガスの質量を計測するための質量流量センサ
ｊ）例えば、構築チャンバ内の酸素濃度を計測するための酸素センサ
ｋ）例えば、材料層を広げるためのワイパ、および／または、エレベータの位置、速度、および／または、加速／減速を計測するためのエンコーダ
ｌ）例えばワイパの加速／減速を計測するための加速器
【００２１】
許容可能な工程変動は、（絶対値の変動ではなく）２つの検出値間の差の変動であり得る。このようにして、絶対値に対してセンサを較正する必要はない。例えば、各層を広げた後の材料床の画像が比較され得、隣接する層の画像の差異が、許容可能なプロセス変動の外にある場合には、構築の停止、層の再投与および展開、および／または、操作者に構築の潜在的なエラーを告知する警告の生成などの、適切な処置が生成され得る。
【００２２】
構築を完了し、層を完成し、および／または、領域を圧密化する時間は、それ自体に対して許容可能な工程変動が存在する変数であり得る。例えば、ある層を完成させる時間が許容可能な工程変動の外にある場合、これは、構築の冷却に起因する後続の層の処理の不良を引き起こし得、構築は停止され得る。
【００２３】
歪度または尖度の計測値などの、平均に関するセンサ信号の形状の計測は、それに対する許容可能な工程変動が存在する変数であり得る。許容可能な工程変動は、連続した進行の状態のセンサ信号の許容可能なパターンを含み得る。例えば、許容可能な工程変動は、センサ信号が許容可能な工程変動から発散し始めていることを示す複数の進行の状態のセンサ信号のパターンに関連し得る。特に、対応する許容可能な工程変動のパターンと大幅に異なる、センサ信号の増加または減少のパターンは、許容可能な限界からの工程の発散の開始を示し得る。
【００２４】
方法は、センサ信号と対応する許容可能な工程変動との比較に基づいて、構築中に付加製造装置を制御することを含み得る。
【００２５】
方法は、対応する許容可能な工程変動内に検知される信号を維持するために、付加製造装置での構築のパラメータを制御することを含み得る。パラメータは、材料を圧密化するために使用されるエネルギービームのパワー、材料上のエネルギービームのスポットサイズ、材料を通るエネルギービームの走査速度、（エネルギービームのパルス走査のための）ポイント露光時間およびポイント距離、ハッチ距離、ハッチ長さ、および、走査方法（蛇行、チェッカーボード、ストライプ、および／または、外廓およびコア走査方法など）の一つ以上を含み得る。
【００２６】
方法は、感知された信号が許容可能な工程変動の外にある場合に、ワークピースの構築を停止することを含み得る。ワークピースの構築を停止することは、構築全体を停止させること、または、ワークピースが他のワークピースと一緒に構築される場合、他のワークピースの構築を継続しながらワークピースの構築を抑制することを含み得る。
【００２７】
方法は、検出された信号が許容可能な工程変動の外にある場合には、構築の再基準設定／付加製造装置の再較正を含み得る。
【００２８】
方法は、センサ信号が許容可能な工程変動の外にある場合に、ワークピースを機械加工することを含み得る。
【００２９】
付加製造装置は一連の機械の一部を含み得、方法は、検出された信号が許容可能な工程変動の外にある場合、一連の機械の別の機械のための命令を生成することを含み得る。
【００３０】
方法は、対応する許容可能な工程変動の外にあるセンサ信号に基づいて、センサ信号から導出されたセンサデータのサブセットを記憶することのみを含み得る。例えば、センサデータは、対応する許容可能なプロセス変動の外にあるセンサデータのみでもって例外的に格納され得、そのデータに関するウィンドウ内のセンサ信号が格納される。
【００３１】
記録は、形成中、対応する許容可能な工程変動外にあるというセンサ信号を発生させる、ワークピースの疑わしい領域の位置が決定される、ワークピースの座標データまたは構築の状態または進行のような、位置データを含み得る。方法は、ワークピースの疑わしい領域を、ワークピースまたは構築の、好ましくは、２次元または３次元表現で表示するために、位置データを使用することを含み得る。このようにして、使用者は、製造プロセスの後の段階で採用され得る、欠陥を修正するためのさらなる調査および／または動作のために、ワークピースの疑わしい領域を、ディスプレイから識別し得る。
【００３２】
方法は、領域が対応する許容可能な工程変動の外にあることに対するセンサ信号に基づいて、ワークピースの領域を修復するように、付加製造装置を制御することを含み得る。例えば、修復は、エネルギービーム／プラズマジェットで領域を再圧密化することを含み得る。
【００３３】
方法は、対応する許容可能な工程変動の外にあることに対するセンサ信号に基づいて、ワークピースの領域のさらなる検査を実行するために、付加製造装置を制御することを含み得る。検査は、例えば、材料を圧密化するために使用されるエネルギービーム、または、別のエネルギービームなどのエネルギービームで、領域を探査することを含み得る。検査に使用されるエネルギービームのエネルギー密度は、材料を圧密化するのに必要なエネルギービーム密度未満であり得る。検査は、ワークピースの領域を選択的に加熱し得る熱源で領域を加熱することを含み得、パイロメータまたはサーマルカメラなどのセンサを用いて領域の熱特性を監視し得る。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、付加製造装置を監視するためのコントローラが提供され、コントローラは、ワークピースの構築中に付加製造装置から１つ以上のセンサ信号を受け取り、１つ以上のセンサ信号を、複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程変動と比較し、その比較に基づいて記録を生成するように配置されたプロセッサを含み、複数の許容可能な工程変動のそれぞれの許容可能な工程変動は、構築の進行の状態に関連し、対応する許容可能な工程変動は、１つ以上のセンサ信号が生成されたときの構築の進行の状態に関連する許容可能な工程変動である。
【００３５】
コントローラは、任意に、ワークピースを構築するための構築命令と共に、複数の許容可能な工程変動を受け取るように構成され得る。コントローラは、構築命令の受信で、メモリに複数の許容可能な工程変動を格納するように配置された、メモリとプロセッサとを含み得る。複数の許容可能な工程変動は、ワークピースの構築の完了後、または、異なるワークピースの構築命令がコントローラにアップロードされたときに、メモリから消去され得る。複数の許容可能な工程変動は、ワークピースの構築に特有であるので、複数の許容可能な工程変動は、構築を実行するための命令として同じファイルに含まれ、一緒にコントローラにアップロードされ得る。複数の許容可能な工程変動が、構築／ワークピースに特有であるので、コントローラが異なる構築／ワークピースに使用されると、複数の許容可能な工程変動は余分であり、消去され得る。
【００３６】
コントローラは、対応する許容可能な工程変動の外にあるセンサ信号に基づいて、センサ信号から得られたセンサデータのサブセットのみを格納するように配置され得る。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様によるコントローラを含む付加製造装置が提供される。
【００３８】
本発明の第４の態様によれば、その中に命令を有するデータキャリアが提供され、それは、プロセッサによって実行されると、プロセッサが、本発明の第１の態様の方法を実行することをもたらす。
【００３９】
本発明の第５の態様によれば、付加製造装置においてワークピースの構築のための命令を生成する方法が提供され、方法は、付加製造装置、および／または、１つまたは複数の対応する付加製造装置で、ワークピースの少なくとも一部と、名目上同一である１つ以上の当初ワークピースを構築することと、当初ワークピースまたは各々の当初ワークピースの構築中、付加製造装置、および／または、１つまたは複数の対応する付加製造装置からの一組のセンサ信号を受け取ることと、当初ワークピースまたは各々の当初ワークピースが特定の要件を満たしているかどうかを決定するために、一つまたは複数の当初ワークピースを、評価することと、一組のセンサ信号または各組のセンサ信号を、その一組のセンサ信号のすべてまたは一部が、指定された要件を満たす構築のセンサ信号を表すかどうかを識別する、１つまたは複数の品質識別子と関連付けることと、１組または複数組のセンサ信号および関連する品質識別子から、付加製造装置を用いる次のワークピースの構築中に生成される、対応する一組のセンサ信号に対する、複数の許容可能な工程変動を決定することを含む。
【００４０】
許容可能な工程変動は、１つ以上の当初ワークピースの構築中のセンサ信号における自然の工程変動の統計的分析、および、センサ信号が、特定の要件を満たすものとして評価されたワークピースの一部に関連するかどうか（すなわち、将来の構築が判断される、ベンチマークまたはフィンガープリントとして使用される、「高品質センシングデータ」と呼ばれる）によって決定され得る。許容可能な工程変動は、ワークピースの構築と同一の１つ以上の当初構築中に、付加製造装置、および／または、１つまたは複数の対応する付加製造装置によって生成された、センサ信号から導出され得る。
【００４１】
統計分析は、ベイジアンモデリングおよび／またはクラスタ分析を含み得る。センサデータは、同一のワークピース（複数可）の構築、任意には、同一の構築（複数可）から生成されるので、センサデータは、異なる幾何学的形状、および、任意には、異なる構造から生じ得る変化に対して管理される。例えば、圧密化される領域（例えば、溶融プール）の温度は、たとえ同じ走査方法が圧密化される領域にわたって使用されるとしても、ワークピースの幾何形状／構築の構成に依存して変化し得る。さらに、連続する層の圧密化の間の時間は、層の形成間に生じる冷却、したがって、構築の熱的特性に影響を及ぼし得る。連続する層の圧密化の間の時間は、各層において圧密化される領域のサイズ、いわゆる層の「ローディング」に依存する。層のローディングは、とりわけ、構築されるワークピースの幾何学的形状、単一の構築で構築されるワークピースの数、および、ワークピースが構築される向きに依存するだろう。したがって、当初のワークピースの１つまたは複数の構築中に、付加製造装置、および／または、対応する付加製造装置によって生成されたセンサ信号から、ワークピースを構築するための許容可能な工程変動を導き出すことは、センサデータで、ワークピースの幾何学的形状、および、任意には、構築設定の影響が考慮されることを確実にする。このような方法は、付加製造装置および／または１つまたは複数の対応する付加製造装置を使用する、一連の同一のワークピース、および／または、構築のために、特に適切であり得る。
【００４２】
一連の名目上同一のワークピースの製造において、許容可能な工程変動は、より多くのワークピースが構築されるにつれて、各構築からのセンサデータを用いて洗練され／進展され得る。
【００４３】
当初のワークピースは、ワークピースがその後に構築される位置と同一の構築容積内の位置において構築され得る。構築容積内のワークピースの位置の変化は、指定された要件を満たすワークピースを実現するために必要なパラメータに影響を及ぼし、その結果、構築容積内のワークピースの１つの位置について決定された許容可能な工程変動は、構築容積内のワークピースの他の位置に適用し得ない。例えば、構築面を横切る異なる位置でのガス流の相違は、構築容積の異なる位置でワークピースを構築するために使用される異なるパラメータを必要とし得る。
【００４４】
別の実施形態において、当初のワークピースは、ワークピースがその後に構築される位置とは異なる構築容積内の位置において構築され得る。例えば、マッピングが、構築容積内のワークピースの１つの位置に対して決定された許容可能な工程変動を、構築容積内のワークピースの別の位置に対する許容可能な工程変動に変換するために、使用され得る。マッピングは、構築容積全体にわたって異なる位置にあるテストブロック／要素の構築を通して、および、構築容積内の異なる位置にあるテストブロック／要素に対するセンサ信号の差異を比較することなど、適切なマッピングルーチンから決定され得る。
【００４５】
ワークピースが、単一の構築で一緒に構築される（同一または非同一の）一組のワークピースの１つである場合、当初のワークピースは、また、ワークピースを構築するときに使用されるレイアウトと同じ構築容積内のレイアウトで、一組の同一のワークピースと共に構築され得る。このようにして、後で構築されるワークピースのローっディングと同一のローディングが、当初のワークピース（複数可）の構築（複数可）において達成され得る。
【００４６】
別の実施形態において、ワークピースが、第１の構築レイアウトにおける単一の構築で一緒に構築される、一組の（同一または非同一の）ワークピースの１つである場合、当初のワークピース（複数可）は、構築容積内における第２の異なる構築レイアウトで構築され得、マッピングが、第２の構築レイアウトにおける当初のワークピースのセンサデータから決定された許容可能な工程変動を、第１の構築レイアウトでのワークピースの構築に対する許容可能な工程変動に変換するために使用される。例えば、マッピングは、第２の構築レイアウトにおける当初のワークピースのセンサデータから決定された許容可能な工程変動を、第１の構築レイアウトにおけるワークピースの構築に対する許容可能な工程変動に変換するために使用され得る。マッピングは、一連の構築、例えば異なるローディングを有するテストブロック／要素の構築、および、異なるローディングを有する構築に対するセンサ信号の差の比較を通してなど、適切なマッピングルーチンから決定され得る。
【００４７】
方法は、第１の付加製造装置について決定された許容可能な工程変動を、対応する第２の付加製造装置に対して使用される一連の許容可能な工程変動に変換するために使用されるマップの生成を含み得る。特に、第１の付加製造装置におけるセンサの応答は、第２の付加製造装置におけるセンサの応答と異なり得る。したがって、マップは、２つの装置におけるセンサの応答の差を考慮に入れて許容可能な工程変動を変換し得る。マッピングは、各付加製造装置において同一の試験ブロックを構築し、センサ特性の差異を特定することによって決定され得る。
【００４８】
対応する付加製造装置は、付加製造装置と名目上同一の機能性を有する。例えば、対応する付加製造装置は、付加製造装置と同一の型およびモデル、または、付加製造装置に対する共通の機能的構成で駆動するように構成され得る付加製造装置、例えば、名目上同一の走査パラメータ、スポットサイズ、ポイント距離、露出時間、レーザパワー等を備え、および、センサ信号を生成する同等のセンサを備える、名目上同一のガス流量、ワイパ速度およびｚ−プラットフォーム速度を備えて、同等の比較が、付加製造装置の異なる装置間でなされ得る付加製造装置であり得る。名目上同一の付加製造装置は、名目上同一の信号タイミングおよび／または処理遅延を有するか、有するように構成され得る。当然のことながら、付加製造装置は、外装の色、形状など、構築に著しく影響を与えない態様、できる限り、異なるフィルタエレメントおよび／またはポンプなど、異なる要素の提供が、なお、名目上同一の機能的特性をもたらす態様で異なり得る。対応する付加製造装置は、付加製造装置の機能性をまねるように構成された付加製造装置を含み得る。
【００４９】
当初ワークピースの構築のための特定の要件は、ワークピースの構築の完了、圧密化された材料の密度、ワークピース内の亀裂、空隙または介在物の不存在または最大数またはサイズ、表面仕上げ、多孔性、結晶構造（粒径および形態を含む）および／またはワークピースの化学組成であり得る。特定の要件は、ワークピースの、特定の圧縮強度、引張強さ、せん断強さ、硬度、ミクロ硬度、体積弾性率、せん断弾性率、弾性率、剛性、破断点伸び、ポアソン比、耐食性、散逸率、導電率、および／または、磁気的特性であり得る。特定の要件は、機能テストを実行するときの特定の特性であり得る。当初のワークピースの領域のみが指定された要件を満たすとみなされる場合、使用者は、その当初のワークピースの構築に関するすべてのセンサ信号が、特定の要件を満たさない構築に関連して識別されるかどうか、指定された要件を満たさないとみなされる領域に関連する信号のみが、許容可能な構築に関する他のセンサデータとして識別されるべきかを識別し得る。例えば、前者の場合、使用者は、その不良が大規模な領域／構築の全体に影響を及ぼす系統的なエラーであるとみなし得る。後者の場合、使用者は、不良は、ワークピースの遠隔領域に対して収集されたセンサ信号に大きな影響を与えない局所的な不良であることを識別し得る。
【００５０】
ワークピースが特定の要件を満たしているかどうかを判断するためのワークピースの解析は、例えば、ワークピースがクラックまたは介在物を含むかどうかを判断するために、例えば、接触トリガや走査プローブのような接触検知を使用するか、光学式プロービング、および／または、ＣＴまたは超音波走査のような、非接触式検知を使用する、寸法検査などの非破壊検査（ＮＤＴ）を含み得る。ワークピースが特定の要件を満たすかどうかを判断するためのワークピースの解析は、例えば顕微鏡による物理的なセクショニングや検査、および／または、プルーフテストのような、破壊検査を含み得る。特定の要件を満たすワークピースを決定するためのワークピースの解析は、アルキメデス検査などの、密度計測を含み得る。ワークピースの分析は、工程内試験／検査によって得られた値の分析を含み得る。例えば、付加製造工程は、空間分解音響分光法（ＳＲＡＳ）のような層ごとの検査を含み得る。
【００５１】
方法は、センサ信号の１組または複数組のセンサ信号および関連する品質識別子から、一組の一次的な許容可能な工程変動であって、各々の一次的な許容可能な工程変動は、ワークピースの構築の進行の状態に関連付けられた、一組の一次的な許容可能な工程変動を決定すること、一組の一次的な許容可能な変動から、一組の低減された二次的な許容可能な工程変動であって、二次的な許容可能な工程変動の少なくとも１つは、ワークピースの構築の複数の進行の状態に関連づけられた、二次的な許容可能な工程変動を生成することを含む。一組の低減された二次的な許容可能な工程変動は、一次的な許容可能な工程変動の類似のものをグループ化し、各グループについて二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され得、各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動に関連する進行の状態に対応する。
【００５２】
特定の状況において、構築のすべての進行の状況（例えば、すべての露光ポイント）に対する、一組の完全な許容可能な工程変動は、非常に大きなファイルをもたらし得る。したがって、一組の一次的な許容可能な工程変動を、一組の一次的な許容可能な工程変動のキーとなる特性を依然として保存する、より小さい管理可能な、一組の二次的な許容可能な工程変動に低減することに利点が存在する。特に、構築の進行の隣接する状態に対する許容可能な工程変動は、両方の状態に対する別個の一次的な許容可能な工程変動を維持することを是認することなく、十分に類似であり得る。
【００５３】
従って、各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動の特性から生成され得る。
【００５４】
一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導き出された値を用いてグループ化され得る。
【００５５】
方法は、一次的な許容可能な工程変動をまとめてグループ化するために異なる類似性基準が使用される、ワークピースの異なる領域を識別する使用者入力を受けることを含み得る。特に、構築のいくつかの領域は問題があると識別され得、したがって、使用者は、問題の少ない構築の領域に対するよりも、問題のある領域に対するより高度の識別の分析を備える、許容可能な工程変動を使用することが有用であるとみなし得る。使用者が異なる類似基準が適用される領域を識別することを可能にすることによって、方法は、使用者が、構築の事前知識およびワークピース要求に基づいて、許容可能な工程変動に提供される一般化のレベルを調整することを可能にする。
【００５６】
本発明の第６の態様によれば、付加製造装置を制御するための命令を生成するためのシステムが提供され、システムは、付加製造装置、および／または、１つまたは複数の対応する付加製造装置での、ワークピースの少なくとも一部と名目上同一である、１つ以上の当初ワークピースの各々の構築に対する一組のセンサ信号を受信し、当初ワークピース、または、各当初ワークピースが、特定の要件を満たすかどうかの表示を受信し、一組のセンサ信号の全部または一部が、特定の要件を満たす構築に対するセンサ信号を表すかどうかを識別する、１つまたは複数の品質識別子と、一組のセンサ信号または各組のセンサ信号を関連付け、一組または複数組のセンサ信号および関連付けられた品質識別子から、付加製造装置を使用する後続のワークピースの構築中に生成される、対応する一組のセンサ信号に対する、複数の許容可能な工程変動を決定するように構成されるプロセッサを含む。
【００５７】
プロセッサは、各々の許容可能な工程変動を、構築の進行の状況に関連付けるように構成され得る。進行の状態は、構築容積内の位置、構築中の時間、および／または、構築中にセンサ信号が収集される順序であり得る。
【００５８】
プロセッサは、ワークピースの層ごとの態様での形成において、材料を圧密化する際にたどるべき、エネルギービームまたはプラズマジェットのための走査経路および走査パラメータ、および、複数の許容可能な工程変動を含む構築ファイルを生成するように構成され得る。
【００５９】
プロセッサは、一組または複数組のセンサ信号および関連する品質識別子から、一組の一次的な許容可能な工程変動であって、各一次的な許容可能な工程変動は、ワークピースの構築の進行の状態に関連付けられる、一次的な許容可能な工程変動を決定し、一組の一次的な許容可能な工程変動から低減された一組の二次的な許容可能な工程変動であって、二次的な許容可能な工程変動のうちの少なくとも１つは、ワークピースの構築の複数の進行の状態に関連付けられる、二次的な許容可能な工程変動を生成するように構成され得る。
【００６０】
低減された一組の二次的な許容可能な工程変動は、一次的な許容可能な工程変動のうちの類似するものを一緒にグループ化し、各グループに対して二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され得、各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動に関連付けられる進行の状態に対応する、複数の進行の状態に関連付けられる。
【００６１】
各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動の特性から生成され得る。
【００６２】
一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導き出される値を用いてグループ化され得る。
【００６３】
プロセッサは、ワークピースの領域を識別する使用者入力を受け、ワークピースの他の領域に関連する一次的な許容可能な工程変動をグループ化するために使用されるのとは異なる類似の基準を使用して、識別される領域と関連する一次的な許容可能な工程変動をグループ化するように構成され得る。
【００６４】
本発明の第７の態様によれば、プロセッサによって実行されると、プロセッサが本発明の第６の態様に従って実行することをもたらす、その上に命令を有するデータキャリアが提供される。
【００６５】
本発明の第８の態様によれば、付加製造装置を制御する方法が提供され、方法は、付加製造装置を使用して層毎に材料を圧密化することにより、ワークピースを構築するための命令を提供すること、および、付加製造装置のセンサ信号に対する複数の許容可能な工程変動を決定すること、および、命令および複数の許容可能な工程変動を含む構築ファイルを生成することを含む。
【００６６】
各々の許容可能な工程変動は、ワークピースの構築の少なくとも１つの進行の状態と関連付けられ得る。
【００６７】
本発明の第９の態様によれば、プロセッサを含む装置が提供され、プロセッサは、本発明の第８の態様の方法を実行するように構成される。
【００６８】
本発明の第１０の態様によれば、その上に格納された命令を有する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ると、プロセッサが、本発明の第８の態様の方法を実行することをもたらす。
【００６９】
本発明の第１１の態様によれば、層ごとのワークピースの構築における、付加製造装置を指示するための構築ファイルをその上に有するデータキャリアが提供され、構築ファイルは、いかに付加製造装置は、ワークピースを構築すべきかについての命令、および、ワークピースの構築中に、付加製造装置のセンサによって生成されたセンサ信号に対する許容可能な工程変動を含む。
【００７０】
許容可能な工程変動は、構築されるべきワークピースに固有であるので、ワークピースを構築するための命令と共に、許容可能な工程変動を構築ファイルに格納することは、構築ファイルがアップロードされたとき、両方が、付加製造装置に送信されることを確実にする。
【００７１】
本発明の第１２の態様によれば、付加製造装置を監視する方法が提供され、方法は、材料が圧密化されたときに材料層の複数の熱画像を取得することと、複数の熱画像の比較から圧密化された領域の温度の変化率を決定することと、圧密化された領域の温度変化率の記録を格納することを含む。
【００７２】
温度の変化率は、材料層の複数の領域について、記録され得る。温度の変化率の２次元マップは、各層に対して記憶され得る。方法は、２次元マップを使用者に表示することを含み得る。
【００７３】
温度の変化率を決定するサーマルカメラの較正は、絶対温度を決定するためにサーマルカメラを較正することよりも、より少ない困難があり得る。しかしながら、絶対温度を知ることなく、温度の変化率を知ることは、付加製造装置において有用なフィードバックを提供すると考えられる。例えば、構築中にワークピースに発生する熱応力は、絶対温度ではなく圧密化される材料全体を通る温度勾配に関連し得る。温度の変化率は、層における共通する位置に対応する複数の画像内のピクセル強度の差から決定され得る。
【００７４】
本発明の第１３の態様によれば、付加製造装置が提供され、装置は、支持体と、支持体に材料を提供する材料供給源と、材料の層を圧密化して層ごとにワークピースを形成するための放射源と、材料が圧密化されるときに材料を画像化するためのサーマルカメラと、サーマルカメラから画像を受け取り、圧密化された材料の複数の画像を比較して圧密化された材料の温度変化率を決定するプロセッサとを含む。
【００７５】
本発明の第１４の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが、本発明の第９の態様の方法を実行することをもたらす。
【００７６】
本発明の第１５の態様によれば、付加製造装置を監視する方法が提供され、方法は、連続的な材料層の画像を取り込むこと、複数の対応する領域について、連続する層の対応する領域間の画像の差分を決定すること、差分から、複数の対応する領域について、画像の全体的な差異を定量化する相違値を決定すること、および、相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて付加製造装置を制御することを含む。
【００７７】
このようにして、予想される工程変動の外にある構築事象が発生し、それに応じて付加製造装置が制御されるかどうかを識別するために、全体的な計測が提供される。例えば、付加製造装置は、当初、粉末層の再投与などの問題に対する自動決定を試み得る。自動決定が、連続する層の画像の矛盾を閾値未満（例えば、予想される工程変動内）にもたらすことができない場合、付加製造装置は、矛盾が生じたことを使用者／操作者に知らせ得る。
【００７８】
画像は、エネルギービーム／プラズマジェットでの圧密化の前の連続した材料層のものであり得る。閾値は、正しく形成された（例えば、材料の十分な填補を有する）、そこを通って突出する圧密化された部分を有さない、２つの連続する材料層について識別された、期待される相違値に基づいて設定され得る。閾値は、そのように正しく形成された連続層に対して生成された相違値の統計解析（自然変動）から決定され得、閾値は、統計的に決定された自然変動よりも上に設定される。
【００７９】
対応する領域は、画像の対応する個々の画素または画素のグループであり得る。相違値は対応する領域間の相違から決定され得、より大きい相違は、相違の大きさに比較して相違値に不均衡に寄与するように重み付けられる。このようにして、相違値は、多くの対応する領域間の小さな相違に比べ、いくつかの対応する領域間の大きな相違によって、大きく影響を受けるであろう。
【００８０】
本発明の第１６の態様によれば、付加製造装置が提供され、装置は、支持体と、支持体に材料を提供する材料供給源と、材料の層を圧密化して層毎にワークピースを形成するための放射源と、材料の連続層を画像化するためのカメラと、複数の対応する領域についての連続する層の対応する領域間の画像の差分を決定し、差分から、複数の対応する領域についての画像における全体的な差分を定量化する相違値を決定し、相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて付加製造装置を制御するように構成されたプロセッサとを含む。
【００８１】
本発明の第１７の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが本発明の第１５の態様の方法を実行することをもたらす。
【００８２】
本発明の第１８の態様によれば、付加製造装置を監視する方法が提供され、方法は、ワイパによって広げられたがエネルギービームで層を圧密化する前の材料の層の画像を取得することと、画像の異なるカラム間の相違を定量化する相違値を決定することと、相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて、ワイパを変更／調整し、および／または、ワイパをチェックするために使用者に対する警告を生成するように、付加製造装置を制御することを含む。
【００８３】
本発明の第１９の態様によれば、付加製造装置が提供され、装置は、材料床を支持する支持体と、材料を提供する材料源と、材料床を横切って材料源によって提供される材料を広げるためのワイパと、材料の層を圧密化するためのエネルギービームを生成し、層ごとにワークピースを形成する放射源と、エネルギービームで層を圧密化する前に各層の画像を取得するカメラと、各画像に対して、画像の異なるカラム間の相違を定量化する相違値を決定し、相違値が閾値を上回るか下回るかに基づいて、ワイパを変更／調整し、および／または、ワイパをチェックするよう使用者に対して警告を生成するように構成されたプロセッサを含む。
【００８４】
本発明の第２０の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが本発明の第１８の態様の方法を実行することをもたらす。
【００８５】
本発明の第２１の態様によれば、ワークピースが材料を層毎に圧密化することによって構築される、付加製造工程を監視する方法が提供され、方法は、ワークピースの構築中に、付加製造装置からセンサ信号を受け取ることと、センサ信号から、さらなる検査のためのワークピースの領域を識別することと、識別された領域からさらなるセンサデータを取得するためにセンサシステムを操作することを含む。
【００８６】
センサシステムは、領域によって生成された放射光を捕捉するための光センサシステムを含み得る。光学システムは、ワークピース上の選択された局所から放射された放射光を捕捉するための操作可能な光学系を含み得る。方法は、識別された領域から放射光を捕捉するために操作可能な光学系を制御することを含み得る。代替的に、光学システムは、ワークピース上の選択された局所から放射された放射光を捕捉するように、光学システムを指向させるガントリシステムに搭載され得る。方法は、識別された領域からのさらなるセンサデータを捕捉するために、ガントリシステム上で光学システムを操作することを含み得る。
【００８７】
光学システムは、材料を圧密化するためにレーザビームを方向づけるための光学システムと、光学部品を共有し得、光学システムは、レーザビームでの材料の圧密化の間に、領域のさらなるデータを捕捉するように方向づけられる。例えば、光学システムは、ワイパでの層の形成中、および／または、材料床を支持するプラットフォームの移動中、特定された領域から放射光を捕捉するように方向づけられ得る。代替的に、領域がさらなる検査のために識別されるなら、材料を圧密するための光学システムの所定の動きは、材料が圧密される期間中に、領域上でさらなるデータが捕捉されることを可能にするように修正され得る。領域上でのさらなるセンサデータの捕捉中に、材料を圧密化するために使用されるレーザビームは、停止され、パワーを低減され、または、焦点をぼかされ、その結果、識別された領域の再圧密化は、さらなるセンサデータの捕捉の間に回避される。材料を圧密化するのに必要なエネルギー密度よりも低い低エネルギー密度でのレーザビームの使用は、識別された領域からの放射光の放出を刺激するためのレーザプローブとして有用であり得る。
【００８８】
代替的には、光学システムは、材料を圧密化するために使用されるエネルギービームを操作するためのシステムとは別の光学システムを含み得る。
【００８９】
センサ信号が許容可能な工程変動の外にあるなら、領域は、さらなる検査のために識別され得る。
【００９０】
本発明の第２２の態様によれば、付加製造装置を制御するためのコントローラが提供され、コントローラは、ワークピースの構築中に付加製造装置からセンサ信号を受け取り、センサ信号からさらなる検査のためのワークピースの領域を識別し、識別された領域から更なるセンサデータを捕捉するために、センサシステムを操作するための命令を生成するように構成されるプロセッサを含む。
【００９１】
本発明の第２３の態様によれば、本発明の第２２の態様によるコントローラを含む付加製造装置が提供される。
【００９２】
本発明の第２４の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが本発明の第２２の態様の方法を実行することをもたらす。
【００９３】
本発明の第２５の態様によれば、付加製造装置においてワークピースを構築するための命令を生成する方法が提供され、方法は、付加製造装置を用いるワークピースの構築中に生成されたセンサ信号に対する一組の一次的な許容可能な工程変動を受け取ることであって、各一次的な許容可能な工程変動は、一次的な許容可能な工程変動に関連するワークピースの構築の特定の進行の状態の間に生成されたセンサ信号に適用可能である、一組の一次的な許容可能な工程変動を受け取ることと、一組の一次的な許容可能な工程変動から低減された二次的な許容可能な工程変動を生成することであって、二次的な許容可能な工程変動の少なくとも一つは、ワークピースの構築の複数の進行の状態と関連する、二次的な許容可能な工程変動を生成することを含む。
【００９４】
低減された一組の二次的な許容可能な工程変動は、一次的な許容可能な工程変動のうちの類似のものを一緒にグループ化し、各グループについて二次的な許容可能な工程変動の１つを生成することによって生成され得、各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動に関連する進行の状態に対応する、複数の進行の状態と関連する。
【００９５】
各々の二次的な許容可能な工程変動は、二次的な許容可能な工程変動が生成される、対応するグループの一次的な許容可能な工程変動の特性から生成され得る。
【００９６】
一次的な許容可能な工程変動は、類似関数から導き出された値を用いてグループ化され得る。
【００９７】
プロセッサは、異なる類似性基準が、一次的な許容可能な工程変動を一緒にグループ化するために使用される、ワークピースの異なる領域を識別する、使用者入力を受け取るように構成され得る。
【００９８】
本発明の第２６の態様によれば、本発明の第２５の態様の方法を実施するように構成されたプロセッサを含むコントローラが提供される。
【００９９】
本発明の第２７の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが、本発明の第２５の態様の方法を実行することをもたらす。
【０１００】
本発明の第２８の態様によれば、ワークピースを製造するために用いられる一連の製造装置に命令を生成するための方法が提供され、一連の製造装置は、付加製造装置を含み、方法は、ワークピースの構築中に、付加製造装置からセンサ信号を受け取ることと、センサ信号に基づいて、一連の製造装置の少なくとも１つの別の装置のための命令を生成することを含む。
【０１０１】
方法は、センサ信号をセンサ信号における許容可能な工程変動と比較することを含み、一連の製造装置の少なくとも１つの別の装置に対する命令は、比較に基づいて生成される。
【０１０２】
別の装置は、サブトラクティブ製造装置、研磨装置、支持体除去装置、計測装置、別の付加製造装置、ワークピースにおける熱応力を緩和する装置、および／または、構築基材を再調整する装置を含み得る。
【０１０３】
本発明の第２９の態様によれば、ワークピースを製造するために使用される一連の製造装置のための命令を生成するための装置が提供され、装置は、本発明の第２８の態様の方法を実施するように構成されたプロセッサを含む。
【０１０４】
本発明の第３０の態様によれば、その上に格納された機械読み取り可能な命令を有するデータキャリアが提供され、機械読み取り可能な命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、本発明の第２８の態様の方法を実施することをもたらす。
【０１０５】
ワークピースを製造するための一連の製造装置は、付加製造装置、少なくとも１つの別の装置、および、請求項１００による装置を含む。
【０１０６】
本発明の第３１の態様によれば、ワークピースが層毎に材料を圧密化することによって形成される付加製造装置を使用することを含む、ワークピースを製造する方法が提供され、方法は、ワークピースの構築中に付加製造装置のセンサからセンサ信号を受信すること、および、センサ信号が捕捉された時点での構築の進行の状態に対するセンサからの信号に対する、対応する許容可能な工程偏差と共に、各センサ信号の画像を表示することを含み、進行の状態の異なるものは、異なる許容可能な工程変動と関連する。
【０１０７】
本発明の第３２の態様によれば、製造工程において使用される視覚化装置が提供され、視覚化装置は、プロセッサおよびディスプレイを含み、プロセッサは、本発明の第３１の態様の方法を実行して、ディスプレイが画像を表示することをもたらすように構成される。
【０１０８】
本発明の第３３の態様によれば、その中に命令を有するデータキャリアが提供され、命令がプロセッサによって実行されると、プロセッサが、本発明の第３１の態様の方法を実行することをもたらす。
【０１０９】
本発明の第３４の態様によれば、１つ以上の付加製造装置を使用して名目上同一の複数のワークピースを製造する方法が提供され、各ワークピースは、材料を層ごとに圧密化することによって形成され、方法は、ワークピースの構築中に、付加製造装置または各々の付加製造装置のセンサからセンサ信号を受信することと、構築の異なる進行の状態に対するセンサ信号から、複数の許容可能な工程変動を決定することと、ワークピースの少なくとも１つに対する各々のセンサ値の画像を、センサ信号が取り込まれた時点での構築の進行の状態に対する複数の許容可能な工程変動の対応する許容可能な工程偏差と一緒に表示することを含む。
【０１１０】
本発明の第３５の態様によれば、製造工程において使用される視覚化装置が提供され、視覚化装置は、プロセッサおよびディスプレイを含み、プロセッサは、本発明の第３４の態様の方法を実行し、画像をディスプレイに表示するように構成される。
【０１１１】
本発明の第３６の態様によれば、その中に命令を有する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ると、プロセッサが、本発明の第３４の態様の方法を実行することをもたらす。
【０１１２】
データキャリアは、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、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリ（メモリースティック（登録商標）、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／光記憶装置のような非過渡データキャリア、または、例えば、有線または無線ネットワークを介して送信される信号（インターネットのダウンロード、ＦＴＰ転送、またはそれに類するものなど）など、ワイヤまたは光ファイバ上の信号、または、無線信号のような、過渡データキャリアのような、命令を装置に提供するための好適な媒体であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明による選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置の概略図である。
【図２】選択的レーザ溶融装置のガス再循環回路の概略図である。
【図３】選択的レーザ溶融装置の光学ユニットの概略図である。
【図４】ＳＬＭ装置によって使用される点走査方式を示す図である。
【図５】複数の名目上同一のワークピースの構築によって生成され得るセンサ信号の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図７】層の走査の多数のハッチを実行するときに捕捉されるポイントごとに基づくフォトダイオードデータを示すグラフである。
【図８】ワークピースの構築の進行の状態に対する一次的な許容可能な工程変動と、類似性の尺度に基づいて一次的な許容可能な工程変動を集合化するための階層的集合化アルゴリズムとの関連概略図である。
【図９】一対多数の関係におけるワークピースの構築の進行の状態に対する二次的な許容可能な工程変動の関連概略図である。
【図１０】層の材料の圧密化の前と後の両方の、選択的レーザ溶融装置における層の可視カメラにより取得された画像を示す図である。
【図１１−１】許容可能な工程変動と共にセンサデータを表示するための視覚化装置を示す図である。
【図１１−２】許容可能な工程変動と共にセンサデータを表示するための視覚化装置を示す図（図１１−１の続き）である。
【図１１−３】許容可能な工程変動と共にセンサデータを表示するための視覚化装置を示す図（図１１−２の続き）である。
【発明を実施するための形態】
【０１１４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）装置は、その中に構築容積１１６を画定する隔壁１１４、１１５と、その上に粉末が堆積させられ得る表面を有する、構築チャンバ１０１を含む。構築プラットフォーム１０２は、ワークピース１０３が選択的レーザ溶融粉末１０４によって構築される、作業領域を画定する。プラットフォーム１０２は、ワークピース１０３の連続層が形成されるにつれ、エレベータ機構１１７を使用して構築容積１１６内で下降させられ得る。利用可能な構築容積は、構築プラットフォーム１０２が構築容積１１６で下降させられ得る程度によって画定される。構築プラットフォーム１０２は、特許文献３に開示された概念に従って、構築チャンバ１０１を上部チャンバ１２０と下部チャンバ１２１に分割する。
【０１１５】
ワークピース１０３として形成される粉末層１０４は、分配装置１０９およびワイパ１０８によって構築される。例えば、分配装置は、特許文献４に記載されているような装置であり得る。ワイパ１０８は、付勢部材（図示せず）の付勢に抗してワイパ１０８の上方移動を可能にするように装着され、荷重センサ１９３が、ワイパ１０８の垂直偏位を検出するために設けられる。ワイパ１０８のそのような垂直方向の偏位は、例えば構築中の熱応力によって引き起こされる丸まりまたは変形の結果として、ベッドから突き出ている構築物の圧密化された部分によって引き起こされ得る。荷重センサ１９３は、ワイパ１０８がその突起上を乗り越える際に、これらの突起の存在についてのフィードバックを提供する。
【０１１６】
エンコーダ１９４、１９５は、構築プラットフォーム１０２およびワイパ１０８の位置を計測するために使用される。位置情報は、コンピュータ１６０にフィードバックされる。
【０１１７】
レーザモジュール１０５は、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１６０の制御の下で、光学モジュール１０６の要求どおりに、粉末床１０４上に向けられる。レーザは、窓１０７を介してチャンバ１０１に入る。
【０１１８】
コンピュータ１６０は、プロセッサユニット１６１、メモリ１６２、ディスプレイ１６３、キーボード、タッチスクリーンなどの使用者入力装置１６４、光学モジュール１０６、レーザモジュール１０５、ならびに、分配装置１０９、ワイパ１０８、および、構築プラットフォーム１０２の動きを駆動するモータ（図示せず）などの、レーザ溶融装置のモジュールへのデータ接続を含む。外部データ接続１６６は、コンピュータ１６０への構築ファイルのアップロードを提供する。レーザユニット１０５、光学ユニット１０６および構築プラットフォーム１０２の移動は、構築ファイルに含まれる走査命令に基づいて、コンピュータ１６０によって制御される。
【０１１９】
図２を参照すると、装置は、構築プラットフォーム１０２を横切り、上部チャンバ１２０を通るガス流を生成するためのガスノズル１４０およびガス排出部１４１を含む。ガス流は、レーザで粉末を溶融することにより形成された凝縮物を、構築領域から運び去る気体ナイフとして機能する。装置は、窓１０７を横切るガス流を生成するための別のガスノズル１４４を含む。このガス流は、凝縮物が窓１０７に集まることを防止し得、ひいては、窓１０７を通って供給されるレーザビーム１１８の品質に影響を及ぼすであろう。
【０１２０】
ベント１４３は、チャンバ１２０、１２１からガスを排出／除去するための手段を提供する。バックフィル入口１４５は、チャンバ１２０、１２１に不活性ガスをバックフィルするための入口を提供する。下側チャンバ１２１は、下側チャンバ１２１を上側チャンバ１２０に対して過剰圧力に維持するための別の入口１４６を含み得る。
【０１２１】
ガス流回路は、再循環ガス内の微粒子を濾過するためにガス回路内に並列に接続されたフィルタ組立体２００、２０１を含む。各フィルタ組立体２００、２０１は、フィルタハウジング２０２、２０３と、フィルタハウジング２０２、２０３内に配置されたフィルタエレメントＥ−５、Ｅ−７と、ガス入口およびガス出口をそれぞれ開閉する、手動で操作されるバルブＶ−２、Ｖ−３、Ｖ６、Ｖ−７を含む。各フィルタ組立体２００、２０１は、特許文献５（図４ｂ参照）に記載されているように、フィルタの交換のために、ガス回路から取り外され得る。
【０１２２】
ポンプＥ−４は、ガス回路を通るガス流を生成する。ポンプＥ−４を出るガスは、ガスノズル１４０、１４４を通り、構築表面および窓１０７を横切るガスナイフを生成する。ポンプは、また、下部チャンバ１２１を上部チャンバ１２０に対して過剰圧力に維持するために、下部チャンバ１２１の入口１４６にガスを送達し得る。排出部１４１は、圧力トランスデューサ１−５を介してフィルタ組立体２００、２０１に接続され、ガス回路を完成させる。
【０１２３】
バックフィル入口１４５は、不活性ガス源２１１に接続され、バックフィル入口への不活性ガスの流れは、電磁弁Ｖ−１９によって制御される。
【０１２４】
ベント１４３は、上側チャンバ１２０および下側チャンバ１２１内に低圧または真空を生成するための手段を提供する、電磁弁Ｖ−１８および真空ポンプＥ−１に接続される。酸素センサ１−４は、ベント１４３を介してチャンバ１２０、１２１から出て行くガス中に存在する酸素の量を検出する。ベント１４３は、また、圧力トランスデューサ１−２および通気弁Ｖ−１７に接続される。圧力トランスデューサ１−２は、ベント１４３でのガスの圧力を計測し、過剰な圧力が、圧力トランスデューサ１−２によって計測される場合には、通気弁Ｖ−１７が開かれる。典型的には、上部チャンバ１２０は、大気圧に対して僅かに過剰な圧力に維持される。
【０１２５】
図３は、光学モジュール１０６を詳細に示す。光学モジュールは、レーザモジュール１０５に結合するためのレーザ開口１７０と、計測装置１７２、１７３に結合するための計測開口１７１と、そこを通って、レーザビームが窓１０７を通り粉末床１０４に向けられ、粉末床から放射される放射光が収集される、出力開口１７４を含む。
【０１２６】
レーザビームは、２つの傾動可能なミラー１７５（そのうちの１つのみが示される）、および、集束レンズ１７６、１７７を含む走査光学系によって、粉末床１０４上の必要な位置に向けられ、焦点合わせされる。
【０１２７】
傾動ミラー１７５は、ガルバノメータなどのアクチュエータの制御下で軸を中心に回転するようにそれぞれ取り付けられる。ミラー１７５が回転させられる軸は、一方のミラーが一方向（Ｘ方向）にレーザビームを偏向させ得、他方のミラーが垂直方向（Ｙ方向）にレーザビームを偏向させ得るように、実質的に直交する。しかし、２つの軸周りに回転可能な単一のミラーが使用され得ること、および／または、例えば光ファイバを介して、レーザビームが、Ｘ軸およびＹ方向への直線移動のために取り付けられたミラーに結合され得ることが理解されるであろう。この後者の配置の例は、特許文献６および特許文献７に開示される。
【０１２８】
レーザビームの偏向角の変化に対してレーザビームの焦点が同一平面内に維持されることを確実にするために、傾斜可能なミラーの後にｆ−θレンズを設けることが知られている。しかしながら、この実施形態においては、偏向角が変化するとき、レーザビームを集束させるために、一対の可動レンズ１７６、１７７が、傾斜可能なミラー１７５の前（レーザビームの進行方向に対して）に設けられる。集束レンズ１７６、１７７の移動は、傾動可能なミラー１７５の移動と同期して制御される。集束レンズ１７６、１７７は、ボイスコイル１８４のようなアクチュエータによって、直線方向に互いに接近または離隔するように移動可能であり得る。
【０１２９】
傾動可能なミラー１７５および集束レンズ１７６、１７７は、典型的には１０６４ｎｍであるレーザ波長と、溶融プールから放射される、収集される放射光の波長の両方を透過するように適切に選択される。
【０１３０】
ビームスプリッタ１７８は、集束レンズ１７６、１７７とレーザ装置１０５と測定装置１７２、１７３との間に設けられる。ビームスプリッタ１７８は、レーザ波長の光を反射するが、それを通して他の波長の光を透過させ得るノッチフィルタである。レーザ光は、集束レンズ１７６、１７７に向けて反射され、レーザ波長ではない走査光学系によって集められる光は、計測開口１７１に透過される。
【０１３１】
光学モジュール１０６は、さらに、ビームスプリッタ１７８を透過されるレーザ光を捕捉するためのヒートダンプ１８１を含む。レーザ光の大部分は、意図されるように、ビームスプリッタ１７８によって反射される。しかしながら、レーザ光のごく一部はビームスプリッタ１７８を通過し、この小さな割合のレーザ光が、ヒートダンプ１８１によって捕捉される。この実施形態では、ヒートダンプ１８１は、ヒートダンプ１８１の壁上に配置される散乱表面１８３に光を反射する中央コーン１８２を含む。散乱表面１８３は、レーザ光を分散させる波状または隆起状の面を有する表面であり得る。例えば、散乱表面１８３は、螺旋形状または渦巻き形状を有する隆起部を含み得る。散乱表面は、陽極酸化されたアルミニウムから作成され得る。フォトダイオードは、レーザ出力をモニタする手段としてビームダンプ内に設けられ得る。
【０１３２】
様々な測定装置が、計測開口１７１に接続され得る。この実施形態において、分光計１７２およびフォトダイオード１７３が、光スキャナによって収集された放射光を測定するために設けられる。別のビームスプリッタ１８５は、開口１７１に偏向された放射光を分割して、放射光の一部を分光計１７２、および、一部をフォトダイオード１７３に向ける。
【０１３３】
選択的レーザ圧密化装置は、さらに、材料ベッド１０４の画像を取得するための可視カメラ１９１および赤外線（熱）カメラ１９２と、構築中に生成された音響信号を記録する音響センサ１９７、１９８を含む。
【０１３４】
使用時には、コンピュータ１６０は、付加構築の各層の形成に使用される走査パスおよび走査パラメータの形態の命令と、ワークピースの構築中の各センサの複数の許容可能な工程変動を含む、構築ファイルを受け取る。構築に対する許容可能な工程変動は、装置のセンサ信号の許容範囲の値を含む。値の許容範囲は、センサ信号の絶対値、センサ信号由来の値、センサ信号の変化率、センサ信号の累積誤差、および／または、窓関数の積分であり得る。例えば、許容可能な工程変動は、公称位置からのプラットフォーム１０２の位置の許容可能な変動、公称位置／速度からのワイパ１０８の位置および／または速度の許容可能な変動、構築チャンバ１０１のガス圧の許容可能な変動、構築チャンバ１０１内の酸素濃度の許容可能な変動、分光計１７２および／またはフォトダイオード１７３からの信号の許容可能な変動、音響センサ１９７、１９８からの信号の許容可能な変動、（サーマルカメラ１９２由来の）粉末床１０４の温度の許容可能な変動、供給されたレーザ出力を測定するフォトダイオードからの信号の許容可能な変動、および、可視カメラ１９１によって捕捉された隣接する層の画像間の差の許容可能な工程変動であり得る。各センサ信号について、許容可能な値の範囲は、構築の進行の状態に依存し、例えば、値の許容範囲は、形成されているワークピースの位置、処理されている層番号、および／または、構築時間によって変動し得る。
【０１３５】
許容可能な工程変動は、特定の構築に特有であり、したがって、ワークピースの構築において装置を指示するために、付加製造装置に送られる構築ファイルの一部を形成する。
【０１３６】
コンピュータ１６０は、ワークピースを構築するための走査命令に従い、選択的レーザ溶融装置の様々なモジュールを制御する。構築中、コンピュータは、センサ１７２、１７３、１９１、１９２、１９３、１９４、１９５、１９７、１９８、１−４、１−２から信号を受信する。コンピュータ１６０は、信号または信号から得られた値（溶融プールの温度など）が、構築ファイルで指定された許容可能な工程変動の範囲内にあるかどうかを判断する。
【０１３７】
信号または信号から得られた値が許容可能な工程変動の範囲外である場合、コンピュータ１６０は、選択的レーザ溶融装置を適切な動作を行うよう制御する。例えば、コンピュータ１６０は、付加構築プロセスに停止をもたらし得る。これは、構築チャンバ内の酸素濃度または圧力が、許容可能な工程変動の外にある場合になされ得る。溶融プール温度が許容可能な工程変動の外にあるか、または許容可能な工程変動の限界の外側に向かって変動する場合、コンピュータ１６０は、許容可能な工程変動内の溶融プール温度を達成するようにレーザビーム出力を変更し得る。ワイパ１０８上のロードセルが、粉末床１０４からの突出を検出する場合、コンピュータは、使用者に警報を生成して、操作者の注意を突出／欠陥にもたらす。粉末層の可視画像が、前の層の粉末層と異なり、許容可能な工程変動外である場合、粉末層の再投与が、コンピュータ１６０によって指示され得る。画像処理技術が、許容可能な工程変動外の粉末層の可視画像における線を検出する場合、ワイパの損傷が疑われ得、コンピュータは、ワイパの潜在的損傷を操作者に知らせる警報を生成し得る。サーマルカメラの画像が、許容可能な工程変動外である場合、レーザビームにより次の層へ入力されるエネルギー密度を変更するために、走査パラメータおよび／または走査順序／方法が変更され得る。図４を参照すると、変更され得る走査パラメータは、レーザパワー、スポットサイズ、ポイント距離、および露光時間である。
【０１３８】
付加製造装置は、また、許容可能な工程変動外のセンサ信号を生成した構築の領域を再検査するように制御され得る。例えば、ワイパ１０８での層の展延、または、構築プラットフォーム１０２の下降中など、材料が、レーザビームで圧密化されていない間、光学モジュール１０６の指向ミラー１７５は、識別された領域から放出される、別の放射光を捕捉するように指向される。装置は、領域を加熱するため、材料の圧密化（融解から焼結）に必要とされる出力以下の低出力で、識別された領域を、レーザビームに暴露するように制御され、構築内の欠陥／不良が、低出力のレーザビームで領域を加熱する間に発生させられる熱識別特性から決定され得る。
【０１３９】
コンピュータ１６０は、センサ信号が対応する許容可能な工程変動外に陥った、構築の進行の状態の記録をメモリ１６２に記憶するように構成される。センサ信号の記憶は、センサデータの記憶をトリガしたセンサ信号の近くのセンサ信号が記憶される、プレトリガおよび／またはポストトリガを含み得る。プロセッサ１６１は、それが形成されたときに許容可能な工程変動外のセンサ信号を生成した、ワークピース１０３の領域を示す、ワークピース１０３の２−Ｄまたは３−Ｄ表現を、ディスプレイ１６３が表示させ得る。コンピュータ１６０は、また、これらの領域のセンサデータを記憶し得、このデータは、発生した工程変動をさらに掘り下げることを望む使用者によって見直され得る。
【０１４０】
図５および図６を参照すると、ワークピースの構築の許容可能な工程変動を決定する方法が、次に説明される。許容可能な工程変動は、一組の共通の構築組立命令に従って、一連の同一のワークピースを構築することによって決定される。ワークピースの第１のものは、粉末床上に突出する領域によって引き起こされるワイパへの損傷のような、損傷から装置を保護するように設定された限界のような、または、構築の以前の繰り返しまたは同一の材料を有する他のワークピースの構築のような、以前の構築から決定される、許容可能な工程変動の当初セットを用いて構築される。許容可能な工程変動の当初セットは、使用者が指定した要件を満たす構築をもたらす可能性が高い、センサの値の少なくとも大部分を取得するように、十分に広く設定されるべきである。例えば、許容可能な工程変動の当初セットは、粉末を溶融するのに十分なエネルギー密度を達成しないレーザパラメータを除外し得る。
【０１４１】
一連のワークピースの当初のワークピースが構築され（４０１）、構築中に生成されたセンサ信号を含むセンサデータが検索される（４０２）。センサ信号は、ワークピースでの位置、または、圧密化された層、または、構築時間など、センサ信号が、記録／捕捉されたとき、構築の進行の状態と関連付けられる。センサ信号は、同じグラフ上にプロットされた構築１〜５のセンサデータ（Ｖ）を示す図５に示されるように、位置（ｐ）、時間（ｔ）の関数としてプロットされ得る。
【０１４２】
ワークピースは、次に、例えば、非破壊的および破壊的な技術を使用して検査され、ワークピースが指定された要件を満たすかどうかを判断される（４０３）。例えば、指定された要件は、標準的な方法に従って決定された、ワークピースの密度、ワークピース内の封入物の数、ワークピースの強度、および／または、ワークピースの表面仕上げ、平均粒径および／または寸法であり得る。ワークピースのある領域が指定された要件を満たさないと評価された場合、使用者は、その不良がワークピースの全体または一次的なパーセンテージに影響を及ぼす系統的な傷害か、領域に固有の不良であるかを確認する。二つの例が図５に示され、回復不能な不良３０１の例では、センサ値は、許容可能な工程変動限界ＴUおよびＴL内にあるように戻らず、回復可能な構築不良の例では、センサ値は、許容可能な工程変動限界ＴUおよびＴL内にあるように戻る。前者は、系統的な不良を示し、すべてのセンサデータ（または、少なくともセンサ信号が発散し始める点からのセンサデータ）は、許容できない構築に関するもの（すなわち非高品質データ）として識別される。後者は、局部的な不良を示し、使用者は、そのような不良が構築の残りの部分に悪影響を及ぼさず、従って、不良領域に関するセンサデータのみが、不良構築に関連するもの（すなわち、非高品質データ）として識別され、そして、構築のためのセンサデータの他の部分は、許容可能な構築（すなわち高品質データ）に関するものとして識別される。
【０１４３】
センサデータと、高品質および非高品質としてのセンサデータの識別から、センサ信号が生成される構築の各々の進行状態について許容可能な工程変動が決定される（４０４）。許容可能な工程変動は、任意の適切な統計分析によって決定され得る。これは、図５に、上部ＴUおよび下部ＴLの閾値によって示されるように、許容可能なセンサ値の包絡線をもたらし得る。
【０１４４】
方法は、さらに、一連の、次のワークピースを構築すること、および、そのワークピースの構築中に生成されたセンサデータに基づいて、許容可能な工程変動を更新することを含む。この工程は、所定の条件が満たされるまで、例えば、構築間の許容可能な工程変動における変化が所定のレベルを下回るまで、行われる。
【０１４５】
図７は、四角形のエッジに対して４５度の角度で四角形の幾何学的形状のラスタ走査中にフォトダイオード１７３から受け取ったセンサ信号を示す。光検出器の電圧はパルス数（すなわち点照射数）の関数としてプロットされる。６０マイクロ秒の照射時間では、各点照射に対し約３０個の光検出器サンプルが収集される。上のグラフ７Ａは生データであり、下のグラフ７Ｂは各パルス数の平均と平均プラスおよびマイナスの二つの標準偏差を示す。各ハッチライン間の分離は、光検出器電圧の大きなくぼみから識別され得る。さらに、各ハッチ走査の光検出器電圧のフィンガープリントは、各ハッチの間に変化し、とりわけ、ハッチの長さおよび構築チャンバ１２０を通るガスの流れに関係するハッチの方向に依存することが理解され得る（光検出器の電圧が、ハッチの間に、ガス流に対するハッチ方向に依存して増加または減少する）。
【０１４６】
このデータから、実行される走査のタイプ（この場合、ラスタ走査）に基づいて光検出器電圧の許容可能な工程変動を画定することは、指定された要件を満たすワークピースを生成するための許容可能な工程変動の真の範囲を、単独で十分に捕捉しそうもないことが明らかである。 
したがって、上述のように、許容可能な工程変動は、各照射点に対して決定され、照射点に対して収集されたセンサ信号が、その照射点に対する許容可能な工程変動と比較される。照射点は、数／順序（グラフにおけるように）、ワークピース上の位置、または構築時間によって画定され得る。許容可能な工程変動は、その点の平均光検出器電圧の変化、最大および最小の光検出器電圧、および／または、許容可能な標準偏差、ＲＭＳ、クラスタ分析、光検出器の値のヒストグラムの形状、標準偏差の変化、異なる信号の割合、ローリング平均、および／または、フィルタリングされた、または、平滑化された平均の変化であり得る。
【０１４７】
付加工程の属性を検出するための、１つまたは少数の検出器のみを備えた付加製造装置にとって、許容可能な工程変動と、照射点および／または層番号のような、構築の進行状態との間の１対１の相関は、実用的であり得る。しかし、付加工程を監視するために使用される検出器の数、および、許容可能な工程変動の複雑さが増加すると、許容可能な工程変動に関するデータ量が非常に大きくなる。例えば、上記で開示された装置にとって、各照射点に対するセンサ信号は、光検出器１７３、分光計１７２および音響センサ１９７、１９８によって生成され得、多数の許容可能な工程範囲が、各検出器１７２、１７３、１９７、１９８によって生成されたセンサ信号に対して使用され得る。構築の各進行状態、特に各照射点に対する、そのような許容可能な工程変動を格納することは、非常に大きなデータファイルをもたらし得る。
【０１４８】
図８および図９を参照すると、構築を制御するために必要な許容可能な工程変動に関するデータ量を低減するために、構築の各進行状態に対して決定された一次的な許容可能な工程変動ＰＶが、類似度に基づいて（例えば、階層的クラスタリングアルゴリズムのような適切なクラスタリングアルゴリズムを使用して）、クラスタ化（グループ化）される。これは、図８のツリー構造で表され、一次的な許容可能な工程変動の類似度は、垂直軸における分岐の位置によって示される。新たな二次的な許容可能な工程ＳＶは、各クラスタに対し、クラスタ内の一次的な許容可能な工程変動ＰＶから生成され、二次的な許容可能な工程変動ＳＶは、クラスタ内に入る一次的な許容可能な変動に関連するすべての進行状態に対して使用される。図９に、結果の１対多数の関係が示される。一次的な許容可能な変動ＰＶをグループ化するために必要とされる類似度Ｓ１、Ｓ２は、使用者によって選択され得、および、ワークピースの異なる領域に対して異なり得る。例えば、使用者は、プロセスの厳密な制御が望ましい、ワークピースのオーバーハングのような問題のある領域、または、ワークピースの重要な領域に対して、高度の類似度を設定し得るが、特定の要件を満たすための部分の不良がより重要ではない、非問題領域または非重要領域に対して、低い類似度を設定し得る。
【０１４９】
上述の方法で使用され得るセンサデータの別の例が、図１０を参照して、次に説明されるであろう。図１０は、処理前の粉末層の画像２０１を示し、ＳＬＭ装置内の可視カメラによって捕捉された処理層の画像２０２が示される。理解されるように、圧密化した材料２０３は、圧密化されていない粉末２０４とはっきり区別可能である。コンピュータ１６０は、連続層の画像を比較することによって、（圧密化前の）粉末層の画像２０１を分析する。まず、画像が、画像が直交性であることを確実にするように調製され、次に、各色チャネルを使用して、現在の粉末層の画像２０１から前の粉末層の画像２０１を減算し、ヒストグラムの各ビンについてのピクセルのカウントを提供するために（各ビンは、画像２０１間の差の区間に関連する）、結果を合計して得られる、結果の画像のヒストグラムが生成される。次に、２つの画像２０１間の差の単一の出力値が、ヒストグラムデータの重み付け計算によって生成され、より大きな差異区間の画素カウントがより重く重み付けされ、単一値出力により大きな寄与を提供する。このように、より大きいコントラストに対応するビンのカウントは、より小さいコントラストに対するビンのカウントと比較して、コントラストの大きさに関連する出力値に大きな寄与を提供する。したがって、小さな差を有する画素は、最終出力値にほとんど影響を与えず、画像２０１に固有のノイズのために生じ得る出力の小さな差を効果的にフィルタリングする。
【０１５０】
コンピュータ１６０は、２つの画像２０１間の差異を表す出力値が、閾値レベル未満など、その層に対する許容可能な工程変動内にあるかどうかを判定する。値が許容可能な工程変動の外（上）にあるなら、圧密化された材料は、画像の一つにおいて他よりも目立ち、異常な構築事象が発生したと判断される。これに応答して、コンピュータ１６０は、画像２０１における大きな差異が不完全な投与によって引き起こされたかどうかを判定するために、粉末層を再投与するように投与ワイパ機構１０８、１０９に指示し得る。以前の層の画像２０１と比較して、再投与層の画像が、依然として許容可能な工程変動の外に出力値を生成する場合、操作者が、粉末層を通る固形物の突出などの異常について、層を視覚的に検査するため、警報が、生成させられ得る。
【０１５１】
図１０のグラフは、ある層の出力値におけるスパイクを示す、構築のいくつかの層に対する単一出力値のグラフである。図１０に示されるように、コンピュータは、ディスプレイを生成し得、操作者／使用者が、高い値（スパイク）などのグラフ上の値を選択することによって、見直されるべき画像を迅速に識別することを可能にし、コンピュータ１６０は、ディスプレイ１６３に、その出力値を生成した粉末層の画像２０１を表示する。このようにして、操作者／使用者は、画像を視覚的に見直し得、何が出力値にスパイクを引き起こしたかを判断し得る。
【０１５２】
全体的な画像比較に対して単一の出力値を生成するのではなく、画像比較のセクションについて、同様の方法で、複数の出力値が生成され得る。このようにして、粉末層の画像と前の層の画像との間に大きな差異をもたらす粉末層のセクションが識別され得る。これは、問題の特定に役立ち得る。例えば、操作者のために生成された警報は、警報が生成されることをもたらした粉末層上のおおよその位置を特定し得る。
【０１５３】
セクションは、ワイパブレードの移動方向に延びる画像の列または行であり得る。各列／行の出力値は、その列または行に粉末の隆起のような直線的なアーチファクトが存在するかどうかの表示を与えるであろう。高くなった隆起の存在は、ワイパ１０８が損傷したことを示し得る。したがって、閾値を上回る、列／行に対する出力値を検出することにおいて、コンピュータ１６０は、ワイパ１０８が損傷しているかどうかを確認するよう、操作者に対して警告を生成し得る。
【０１５４】
圧密化された材料は、粉末の熱画像とは異なる熱画像を生成するので、同様のプロセスが、熱画像で実施され、投与の不良、または、ワークピースの丸まりを決定し得る。
【０１５５】
さらに、各画像は、層のフォトダイオード出力から形成され得る。フォトダイオードデータが効果的に収集される照射点は、ワークピースの写真を形成し、フォトダイオードデータの連続層の間の許容可能な変化は、ワークピースの以前の構築から知られ得る。上述のような連続画像を分析する方法は、構築プロセスが許容可能なプロセスウィンドウの外に移動したことの迅速な表示を提供する。特に、圧密化した材料を照射するレーザビームに対するフォトダイオードの応答は、粉末を照射するときの応答とは大きく異なる。
【０１５６】
サーマルカメラからの画像は、圧密化した材料の冷却速度を決定するために、さらに使用され得る。層の一連の熱画像は、材料の圧密化中に捕捉され、冷却速度は、異なる時間に捕捉された領域の異なる熱画像の間の最近圧密化した領域の強度の変化から決定される。次いで、決定された冷却速度は、冷却速度の許容可能な工程変動と比較される。冷却速度が許容可能な工程変動の範囲外である場合、コンピュータ１６０は、走査パラメータを変更し、材料に入力される単位面積当たりのエネルギーを変化させ得る。ワークピースの幾何学的形状に基づいて、圧密化した材料の異なる領域に対する冷却速度の、異なる許容可能な工程変動が存在し得る。特に、冷却速度の許容可能な工程変動は、前の層の圧密化した材料上に形成された圧密化した材料と比較して、オーバーハングのような、前の層の粉末上に形成された圧密化した材料の層に対して異なり得る。さらなる実施形態において、ワークピースの冷却速度がモデル化され、冷却速度における許容可能な工程変動は、モデル化された冷却速度からの変動である。
【０１５７】
冷却速度の許容可能な工程変動は、図５および図６を参照して説明された方法に従った、材料を用いる我々の以前の構築を実施することによって決定されたかもしれない。
【０１５８】
層にわたって測定された冷却速度のマップは、ディスプレイ１６３上で、使用者に表示され得る。色分けされたマップは、異なる冷却速度に対して異なる色で、使用者に表示され得る。
【０１５９】
本発明は、ワークピースの構築の以前の層、および／または、１つまたは複数の以前の構築に対して生成されたデータから決定された許容可能な工程変動に基づいて、付加製造装置を制御する方法を提供する。これは、付加製造装置において生じる複雑なプロセスの包括的な理解の必要性を回避する。
【０１６０】
許容可能な工程変動は、付加製造装置に構築を実行するように命令するために、付加製造装置に送られる構築ファイルの一部を形成する。許容可能な工程変動が、ＳＬＭ装置上の、別個の、あるいは上書き可能なファイルよりはむしろ、構築ファイルに組み込まれるため、構築ファイルは、許容可能な工程変動の進展を識別するためのトレース可能なソースを提供する。このようなトレーサビリティは、製品の履歴の文書化が必要とされる、航空宇宙産業など、ある製造業において有用であり得る。
【０１６１】
許容可能な工程変動が、設計変更、および／または、新態様／機能を有する、新しい付加製造装置に対して依然有効であることを実証するため、回帰テストが使用され得る。この回帰テストは、新しい仕様に従って実行する新しい装置、および／または、古い装置の機能性に匹敵するように構成された新しい装置に対して実行され得る。
【０１６２】
図１１−１〜１１−３は、本発明の一実施形態による視覚化装置の代表例の一実施形態を示す。視覚化装置は、複数の名目上同一の構築からのセンサデータの表示が、比較のために表示されることを可能にするとともに、センサ信号が捕捉されたとき、センサ信号が構築の進行の状態の許容可能な工程変動の外にあるかどうかを、使用者が決定することを可能にするように配置される。ディスプレイの上部５０１には、使用者によって選択された２つの構築Ｂ１４０６.mttおよびＢ１４０５.mttがあり、両方の構築は同じ付加製造装置Ｖ５７によって実行された。構築の選択は、適切なメニューからのポインティングデバイスなどの任意の適切な入力デバイスを使用して達成され得る。次のボックス５０２は、表示のために選択されたセンサデータを表示する。この代表例において、センサデータは、チャンバ圧力、チャンバ温度、および構築高さである。
【０１６３】
タイムバー５０３ａおよび５０３ｂは、構築中の時間を示す。タイムバー５０３ａは、構築Ｂ１４０６.mtt用であり、タイムバー５０３ｂは、構築Ｂ１４０５.mtt用である。影付きウィンドウ５０３ｃは、下のグラフ５０５にセンサ信号が表示される、構築の期間を示す。影付きウィンドウ５０３ｃは、構築中の異なる時間を選択するように移動させられ得、ウィンドウの幅は、グラフ上に、より多い、または、より少ないデータを表示するように調整される。マーカ５０３ｄは、関心のあるセンサ信号をマークするように配置される。タイムバー５０３ａおよび５０３ｂ上に複数のマーカを配置することが可能である。図１１−１において、タイムバー５０３ａおよび５０３ｂは、開始時間に基づいて整列されるが、例えば終了時間に基づいて、他の整列がなされ得る。
【０１６４】
バー５０４ａおよび５０４ｂは、ウィンドウ５０３ｃ内に収まる各構築の層（線を使用する）を表す。使用者は、バー５０４および５０４ｂを操作して、これらの類似の層走査データが比較されるように、類似の層を整列させ得る。構築の相違により、名目上同一の構築の名目上同一の層は、開始時間の整列に基づいて整列しない可能性がある、したがって、さらなる調整がなされねばならないかもしれない。
【０１６５】
グラフ５０５は、選択されたウィンドウ５０３ｄに対する選択されたシリーズのセンサ信号の値を示す。各シリーズのセンサ値の全範囲を示す手段が設けられる。この実施形態において、全範囲の表示は目盛の細い線である。使用者は、この実施形態において、暗い影付きバー５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃの操作を介して、各シリーズのこの全範囲から拡大し得、そのシリーズのグラフのスケールは示されたサブレンジに調整される。
【０１６６】
マーカ５０５ｄは、グラフに表示されたセンサデータを通って移動され得る。マーカ５０５ｄが位置づけられる進行状態における各シリーズの許容可能な工程変動は、薄い影付きバー５０５ｅ、５０５ｆ、５０５ｇによってスケール上に示される。この許容可能な工程変動は、図５に示される変化する境界ＴUおよびＴLと同様の半透明領域としてグラフに投影され得る。使用者は、ポインティングデバイスを用いて適切なデータシリーズを選択することにより、どの受け入れ可能な工程変動が半透明画像として表示されるかを選択することができる。複数のデータシリーズに対する複数の半透明領域の重ね合わせは、そうでなければ混乱させるデータ表現を提供し得る。
【０１６７】
許容可能な工程変動のこれらの表示から、使用者は、センサ信号の値が許容範囲外にあるかどうかを迅速に判断することができる。また、名目上同一の構築を比較し、構築の進行の状態に従ってデータを整列させ得ることにより、構築を比較することが可能である。そのような比較は、２つの名目上同一の構築が、異なる結果をもたらした理由を判断するのに役立つ。このように、視覚化装置は、製造プロセスおよび製造プロセスの設計に用いられる有用な手段を提供する。
【０１６８】
可視化装置は、複数の構築のセンサ信号から許容可能な工程変動を決定する方法をアップロードするための手段を提供し得る。このようにして、使用者は、統計分析を、自分の要件に合わせてカスタマイズできる。使用者は、どの構築が許容要件を満たし、「高品質の構築」とみなされ、どの構築がこれらの要件を満たさないかを示し得る。統計的方法は、許容可能な工程変動の決定のために、これらの指標を使用し得る。許容可能な工程変動は、新しい構築データが装置に追加されると更新され得る。例えば、複数の名目上同一の部品を製造する製造施設において、各付加製造装置は、構築中および／または構築後にデータを報告し、装置は報告されたセンサデータに基づいて許容可能な工程変動を修正し得る。
【０１６９】
本明細書で明らかにされる本発明から逸脱することなく、上述の実施形態に修正および変更が加えられ得ることが理解されるであろう。例えば、本発明は、上述の粉末床付加製造工程に限定されず、プラズマアークを使用して金属ワイヤが溶融させられ、層ごとにワークピースを形成する、ワイヤアーク付加製造などの、他の付加製造工程で使用され得る。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【国際調査報告】
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