(57)【要約】  本発明は、構築チャンバ（１０１）と、構築台（１０２）であって、流動性材料の層が構築台（１０２）にわたって連続的に形成されるように構築チャンバ（１０１）内で下降することができる構築台（１０２）と、レーザ光線（１１８）を生成するためのレーザ（１０５）と、各層上にレーザ光線（１１８）を向けて選択された領域内の材料を固化させるための走査ユニット（１０６）と、走査ユニット（１０６）を制御するためのプロセッサ（１３１）とを備える積層造形装置に関する。プロセッサ（１３１）は、走査ユニット（１０６）を制御して、走査経路（３００ａ2、３００ｂ2）に沿って層の材料の固化させるようにレーザ光線（１１８）を向けるように構成され、レーザ光線（１１８）は、走査経路（３００ａ2、３００ｂ2）の少なくとも１つのセクションに沿って、前層の対応する走査経路（３００ａ1、３００ｂ1）の対応するセクションに沿ってレーザ光線（１１８）が進められる方向とは反対の方向に進められる。走査経路（３００ａ、３００ｂ）は、層の選択された領域のうちの１つの境界の周りに延在する境界走査経路であってもよい。
2018501122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築チャンバと、構築台であって、
流動性材料の層が前記構築台にわたって連続的に形成されるように前記構築チャンバ内で下降することができる前記構築台と、
レーザ光線を生成するためのレーザと、
各層上に前記レーザ光線を向けて選択された領域内の前記材料を固化させるための走査ユニットと、前記走査ユニットを制御するためのプロセッサとを備える積層造形装置であって、
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、走査経路に沿って層の材料を固化させるように前記レーザ光線を向けるように構成され、前記レーザ光線は、前層の対応する走査経路の対応するセクションに沿って前記レーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に、前記走査経路の少なくとも１つのセクションに沿って進められることを特徴とする積層造形装置。
【請求項２】
前記走査経路は、前記層の前記選択された領域のうちの１つの領域の境界の周りに延在する境界走査経路であり、前記レーザ光線は、前記境界走査経路の少なくとも前記セクションに沿って、前記前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路の対応するセクションに沿って前記レーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線を、前記走査経路の全長に沿って、前記前層の前記対応する選択された領域の前記走査経路の全長に沿って前記レーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進めるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線が前記走査経路の異なるセクションに沿って異なる方向に進められるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線が、前記異なるセクションのうちの２つ以上に沿って、前記前層の前記対応する走査経路の前記対応するセクションに沿って前記レーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記選択された領域の前記境界の周りに延在する隣り合った境界走査経路を固化させるように前記レーザ光線を向けるように構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線を、前記隣り合った境界走査経路のうちの一方のセクションに沿って、前記隣り合った境界走査経路の他方の対応するセクションに沿って前記レーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進めるように構成されることを特徴とする請求項６に記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線を、前記隣り合った境界走査経路のうちの一方の全長に沿って、前記隣り合った境界走査経路のうちの他方の全長の周りに前記レーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進めるように構成されることを特徴とする請求項７に記載の積層造形装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線を、前記隣り合った境界走査経路の一方またはそれぞれの異なるセクションに沿って異なる方向に進ませるように構成されることを特徴とする請求項７に記載の積層造形装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記選択された領域の前記境界の周りに延在する３つ、４つ、またはそれ以上の境界走査経路に沿って材料を固化させるように前記レーザ光線を向けるように構成されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１１】
前記レーザ光線は、前記隣り合った境界走査経路とは反対の方向に、前記境界走査経路のそれぞれの周りを進められることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形装置。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記走査ユニットを制御して、前記レーザ光線を、複数の個別の走査における前記隣り合った境界走査経路のそれぞれに沿って進ませるように構成され、前記隣り合った境界走査経路のうちの一方に対する各個別の走査の開始点または／および終了点は、前記隣り合った境界走査経路のうちの他方の少なくとも１つの対応するセクションに沿った個別の走査の開始点または／および終了点に対して、前記境界に沿った異なる場所に位置することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１３】
前記プロセッシングユニットは、前記走査ユニットを制御して、平行な走査経路に沿って前記境界内の前記選択された領域の中心部にわたって前記レーザ光線を走査するように構成されることを特徴とする請求項２または請求項２に従属した場合の請求項３乃至１２のいずれか一項に記載の積層造形装置。
【請求項１４】
流動性材料の連続的な層が構築台にわたって形成され、レーザ光線が各層の選択された領域に向けられて前記選択された領域内の前記材料を固化させる、層ごとの積層造形工程において材料の層を走査する方法であって、層の走査経路に沿って材料を固化させるように前記レーザ光線を向けるステップを含み、前記レーザ光線は、前記走査経路の少なくとも１つのセクションに沿って、前層の対応する走査経路に沿って前記レーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められることを特徴とする積層造形方法。
【請求項１５】
記憶された命令を内部に有するデータ記憶媒体であって、前記命令が、積層造形装置のプロセッシングユニットによって実行されたときに、前記プロセッシングユニットに、請求項１４に記載の方法を実施するように前記積層造形装置を制御させることを特徴とするデータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の層が層ごとに固化されて物体を形成する、積層造形装置および積層造形方法に関する。本発明は、特に、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）および選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置などの選択的レーザ固化装置に適用されるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）および選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）装置は、レーザ光線などの高エネルギービームを使用して金属粉末材料などの材料を層ごとに固化させることにより、物体を作り出す。粉末床の近傍に大量の粉末を堆積させ、そしてワイパにより大量の粉末を粉末床（の片側から他の片側）にわたって拡散させて層を形成することにより、構築チャンバ内の粉末床にわたって粉末層が形成される。次いで、作製される物体の断面に相当する粉末層の領域にわたって、レーザ光線が走査される。レーザ光線は、粉末を溶融または焼結して、固化した層を形成する。層の選択的な固化の後、粉末床は、必要に応じて、新たに固化される層の厚みの分だけ下降され、さらなる粉末の層が、表面上に拡散されて固化される。そのようなデバイスの例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
典型的には、レーザ光線は、粉末にわたって走査経路に沿って走査される。走査経路の配置は、走査ストラテジーによって決まる。部品断面の輪郭線（境界）を走査してその次に部品断面の内部（中心部）を走査するステップを含む走査ストラテジーが説明されている（例えば、特許文献２参照）。部品の境界を走査するステップは、部品の表面の解像度、鮮明度、および平滑化を向上させ得る。
【０００４】
輪郭線が個別のベクトルに分割される、閉じた輪郭線の走査が開示されており（例えば、特許文献３参照）、各ベクトルが走査される方向は、ガス流れ方向に対するベクトルの角度に基づく。
【０００５】
ＩＮ７１８ＳＬＭ構築部品の柱状粒状構造に対する一方向性および双方向性の走査ストラテジーの効果が、開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６０４２７７４号明細書
【特許文献２】米国特許第５１５５３２４号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１４／１５４８７８号
【特許文献４】国際公開第２０１０／００７３９６号
【特許文献５】欧州特許出願公開第１９９３８１２号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１５／０１５１４９１号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐａｒｉｍｉ  Ｌ．，  Ａｓｗａｔｈａｎａｒａｙａｎａｓｗａｍｙ  Ｒ．，  Ｃｌａｒｋ  Ｄ．，  Ａｔｔａｌｌａｈ  Ｍ．，  ”Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｔｅｘｔｕｒｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｉｎ  ｄｉｒｅｃｔ  ｌａｓｅｒ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ＩＮ７１８”，  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ８９，  Ｍａｒｃｈ  ２０１４，  ｐａｇｅｓ  １０２  ｔｏ  １１１
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、構築チャンバと、構築台であって、流動性材料の層が構築台にわたって連続的に形成され得るように構築チャンバ内で下降することができる構築台と、レーザ光線を生成するためのレーザと、各層の選択された領域上にレーザ光線を向けて選択された領域内の材料を固化させるための走査ユニットと、走査ユニットを制御するためのプロセッサと、を備える積層造形装置が提供される。
【０００９】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、走査経路に沿って層の材料を固化させるようにレーザ光線を向けるように構成されてもよく、レーザ光線は、走査経路の少なくとも１つのセクションに沿って、前層の対応する走査経路の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められる。
【００１０】
走査経路は、層の選択された領域のうちの１つの境界の周りに延在する境界走査経路であってもよく、レーザ光線は、少なくとも境界走査経路のセクションに沿って、前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められる。
【００１１】
このようにして選択された領域の境界走査経路に沿ってレーザ光線を進ませることにより、連続的な層における対応する領域の境界走査経路に沿って同じ方向にレーザ光線を進ませることに対して、製造される部品の表面における柱状粒状構造のサイズを縮小させることができる。部品における亀裂は、高さと幅との間に大きな不整合を有する柱状粒状構造から伝播する傾向があるので、部品の表面における長い柱状粒状構造を縮小させることにより、より強固な部品をもたらすことができる。したがって、表面における長い柱状粒状構造を縮小させることは、部品の亀裂の可能性を減少させる。
【００１２】
レーザ光線は、境界走査経路（閉じた線分群）などの走査経路の全長に沿って、前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路などの対応する走査経路の全長に沿ってそのレーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向（反時計方向／時計方向）に進められてもよい。これは、単一の接点のみが（共通の開始および終了点において）存在することになるので、各境界走査経路の連続的な走査に特に有利であり得る。
【００１３】
あるいは、レーザ光線は、境界走査経路などの走査経路の異なるセクションに沿って異なる方向に進められてもよい。例えば、境界走査経路がどのようにしてセクションに分割され得るか、および、各セクションに沿ってガスナイフのガス流れ方向に基づく方向に走査されるレーザ光線が、開示されている（例えば、特許文献３参照）。レーザ光線は、異なるセクションのうちの２つ以上に沿って、前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路などの対応する走査経路の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められてもよい。境界走査経路などの走査経路のいくつかのセクションに対して、ガス流れ方向に対する走査の方向、および前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路などの対応する走査経路の対応するセクションに沿ってレーザ光線が進められる方向とは反対であることに関して、要求をどちらも満たすことが不可能である場合がある。そのようなセクションに対しては、レーザ光線は、セクションに沿って、前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路などの対応する走査経路の対応するセクションに沿った走査と同じ方向に走査されてもよい。
【００１４】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、選択された領域の境界の周りに延在する隣り合った境界走査経路を固化させるようにレーザ光線を向けるように構成されてもよい。レーザ光線は、隣り合った境界走査経路のうちの一方のセクションに沿って、隣り合った境界走査経路のうちの他方の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められてもよい。
【００１５】
このようにして隣り合った境界走査経路に沿ってレーザ光線を進ませることにより、隣り合った境界走査経路に沿って同じ方向にレーザ光線を進ませることに対して、製造される部品の表面における粒状構造のサイズを縮小させることができる。部品における亀裂は、熱収縮の不整合から粒状構造に沿って様々な方向に伝播する傾向があるので、部品の表面における粒状構造のサイズを縮小させることにより、より強固な部品をもたらすことができる。粒状構造の寸法の不整合を減らすことは、部品の亀裂の可能性を減少させる。
【００１６】
レーザ光線は、隣り合った境界走査経路のうちの一方の全長に沿って、隣り合った境界走査経路のうちの他方の全長の周りでそのレーザ光線または他のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に進められてもよい。これは、各境界走査経路の連続的な走査に対して単一の接点のみが（共通の開始および終了点において）存在することになるので、有利であり得る。
【００１７】
あるいは、レーザ光線は、隣り合った境界走査経路のうちの一方またはそれぞれの異なるセクションに沿って異なる方向に進められてもよい。例えば、境界走査経路がどのようにしてセクションに分割され得るか、および、各セクションに沿ってガスナイフのガス流れ方向に基づく方向に走査されるレーザ光線が、開示されている（例えば、特許文献３参照）。本発明によれば、隣り合った境界走査経路のうちの一方の様々なセクションのうちの１つまたは複数が、隣り合った境界走査経路のうちの他方の対応するセクションに沿ってレーザ光線が走査される方向とは反対の方向に走査され得る。隣り合った境界線のいくつかのセクションに対して、ガス流れ方向に対する走査の方向、および隣り合った境界走査経路のうちの他方の対応するセクションに沿ってレーザ光線が走査される方向とは反対であることに関して、要求をどちらも満たすことが不可能である場合がある。そのようなセクションに対しては、レーザ光線は、他方の隣り合った境界走査経路の対応するセクションに沿って同じ方向に走査されてもよい。
【００１８】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、領域の境界の周りに延在する３つ、４つ、またはそれ以上の境界走査経路に沿ってレーザ光線を進ませるように構成されてもよい。レーザ光線は、境界の周りに延在する境界走査経路のそれぞれに沿って、隣り合った境界走査経路の周りでレーザ光線が進められる方向とは反対の方向（時計方向／反時計方向）に進められてもよい。
【００１９】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、走査の開始点または／および終了点が、前層の対応する選択された領域の境界走査経路に沿った走査の開始点または／および終了点に対して境界に沿った異なる場所に位置するように、選択された領域の境界走査経路に沿ってレーザ光線を走査するように構成されてもよい。
【００２０】
走査の開始および／または終わりは、走査の他の点に対する終点における異なる溶融状態のために、部品に欠陥をもたらす場合がある。連続的な層の境界走査に対して開始および終了点をオフセットすることにより、それらの点において形成される欠陥のサイズを縮小させて、そのような欠陥から亀裂が伝播する可能性を減少させることができる。
【００２１】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、選択された領域の境界の周りに延在する隣り合った境界走査経路に沿って材料を固化させるようにレーザ光線を向けるように構成されてもよく、隣り合った境界走査経路のうちの一方の走査の開始点または／および終了点は、隣り合った境界走査経路のうちの他方に沿った走査の開始点または／および終了点に対して境界に沿った異なる場所に位置する。
【００２２】
走査の開始および／または終わりは、走査の他の点に対する終点における異なる溶融状態のために、部品に欠陥をもたらす場合がある。隣り合った境界走査に対して開始点および終了点をオフセットすることにより、それらの点において形成される欠陥のサイズを縮小させて、そのような欠陥から層を通して亀裂が伝播する可能性を減少させることができる。
【００２３】
レーザ光線は、共通の開始および終了点を有する、単一の走査における隣り合った境界走査経路（閉じた線分群）のうちの一方の全長に沿って走査されてもよく、この共通の開始および終了点は、境界走査経路のうちの他方の全長に沿った単一の走査の共通の開始および終了点に対して、境界に沿った異なる場所に位置する。これは、各境界走査経路に対して単一の接点のみが（共通の開始および終了点において）存在することになるので、有利であり得る。
【００２４】
あるいは、レーザ光線は、複数の個別の走査における隣り合った境界走査経路のうちの一方に沿って走査されてもよく、個別の走査のうちの２つ以上（また、好ましくは全て）の開始点または／および終了点は、隣り合った境界走査経路のうちの他方に沿った個別の走査の開始点または／および終了点に対して、境界に沿った異なる場所に位置する。例えば、境界走査経路がどのようにしてセクションに分割され得るか、および、各セクションに沿ってガスナイフのガス流れ方向に基づく方向に走査されるレーザ光線が、開示されている（例えば、特許文献３参照）。２つ以上の（また、好ましくは全ての）セクションの終点は、走査の開始または終わりに形成されるいかなる欠陥も部品の層を通して伝播しないように、隣り合った境界走査経路間で変更され得る。
【００２５】
プロセッサは、走査ユニットを制御して、選択された領域の境界の周りに延在する３つ、４つ、またはそれ以上の境界走査経路に沿って材料を固化させるようにレーザ光線を向けるように構成されてもよい。境界走査経路のうちのそれぞれに沿った走査は、隣り合った境界走査経路に沿った走査の開始点または／および終了点に対して、境界に沿った異なる場所に開始点または／および終了点を有し得る。
【００２６】
プロセッシングユニットは、走査ユニットを制御して、平行な走査経路に沿って境界内の選択された領域の中心部にわたってレーザ光線を走査するように構成されてもよい。例えば、ラスタ走査、市松模様、またはストライプ形成の従来の走査ストラテジーを使用して、中心部が走査されてもよい。
【００２７】
装置は、複数のレーザ光線を生成するための、場合により複数のレーザを含むレーザユニットを備えることができ、走査経路を走査するために使用されるレーザ光線は、前層の対応する走査経路を走査するために使用されたものと同じまたは異なるレーザ光線であってもよい。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、流動性材料の連続的な層が構築台にわたって形成され、レーザ光線が各層の選択された領域にわたって走査されて選択された領域内の材料を凝固させる、層ごとの積層造形工程において材料の層を走査する方法が提供される。
【００２９】
方法は、選択された領域のうちの１つの境界の周りに延在する境界走査経路などの走査経路に沿って層の材料を凝固させるようにレーザ光線を向けるステップを含んでもよく、レーザ光線は、境界走査経路などの走査経路の少なくとも１つのセクションに沿って、前層の対応する選択された領域の対応する境界走査経路などの対応する走査経路の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に、進められる。
【００３０】
方法は、選択された領域のうちの１つの境界の周りに延在する隣り合った境界走査経路に沿って材料を固化させるようにレーザ光線を向けるステップを含んでもよく、レーザ光線は、隣り合った境界走査経路のうちの一方のセクションに沿って、隣り合った境界走査経路のうちの他方の対応するセクションに沿ってそのレーザ光線または別のレーザ光線が進められる方向とは反対の方向に、進められる。
【００３１】
本発明の第３の態様によれば、その内部に記憶された命令を有するデータ記憶媒体が提供され、命令は、積層造形装置のプロセッシングユニットによって実行されると、プロセッシングユニットに、本発明の第２の態様の方法を実施するように積層造形装置を制御させる。
【００３２】
本明細書において、「走査」という語は、レーザスポットを走査経路に沿って連続的な動作で移動させること、および、走査ユニットがレーザスポットを（ＲｅｎｉｓｈａｗのＡＭ２５０マシンで使用されるように）走査経路に沿って進ませるにつれてレーザ光線のオンおよびオフに切り替えることの両方を含むことが、理解されるであろう。どちらの場合でも、溶接線などの固化線が、走査経路に沿って連続的に形成される。「個別の走査」とは、走査と走査との間に固化線の連続的な形成の中断が生じる、別々の走査を意味する。しかし、個別の走査は、個別の走査のうちの別のものと（例えば、終点において）交わる場合もある。
【００３３】
本発明の上記の態様のデータ記憶媒体は、例えば、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、Ｂｌｕ  Ｒａｙ（商標）ディスク、メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｓｔｉｃｋ（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／光学記憶装置などの非一時的なデータ記憶媒体、または、有線もしくは無線のネットワーク（インターネットダウンロード、ＦＴＰ転送、など）で送られる信号といった、電線もしくは光ファイバ上の信号または無線信号などの一時的なデータ記憶媒体のような、機械に命令を提供する適切な媒体とされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による選択的レーザ固化装置の概略図である。
【図２】別の側から見た選択的レーザ固化装置の概略図である。
【図３ａ】走査経路に沿った走査を示す概略図である。
【図３ｂ】走査経路に沿った走査を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、固化される層の領域にわたる境界走査および充填走査を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による、連続的な層間での境界走査経路に沿った終点および方向の変化を示す概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、境界走査経路に沿ってレーザ光線が走査される方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１および２を参照すると、本発明の一実施形態によるレーザ固化装置が、構築チャンバ１１７と粉末が堆積され得る表面とを画定する仕切り１１５、１１６を内部に有する主チャンバ１０１を備える。粉末１０４を選択的レーザ溶融することによって構築される物体１０３を支持するために、構築台１０２が設けられる。台１０２は、物体１０３の連続的な層が形成されるにつれて、構築チャンバ１１７内で下降され得る。利用可能な構築容積は、構築台１０２を構築チャンバ１１７内へ下降させることができる範囲によって決まる。
【００３６】
分注装置１０８および細長いワイパ１０９により物体１０３が構築されるにつれて、粉末１０４の層が形成される。例えば、分注装置１０８は、特許文献４に記載の装置であってもよい。
【００３７】
レーザモジュール１０５が、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１３０の制御下で光学走査器１０６により要求通りに向けられる。レーザは、窓１０７を介してチャンバ１０１に入る。
【００３８】
光学走査器１０６は、この実施形態では粉末床１０４上の所望の位置へレーザ光線を向けるための２つの可動ミラー１０６ａ、１０６ｂである操向光学系と、この実施形態ではレーザ光線の焦点距離を調整するための可動レンズ１０６ｃ、１０６ｄの対である合焦光学系とを備える。モータ（図示せず）が、ミラー１０６ａ、１０６ｂおよびレンズ１０６ｃ、１０６ｄの運動を駆動し、モータは、プロセッサ１３１によって制御される。
【００３９】
コンピュータ１３０は、プロセッサユニット１３１と、記憶装置１３２と、表示装置１３３と、キーボード、タッチスクリーン、等のユーザ入力デバイス１３４と、光学モジュール１０６およびレーザモジュール１０５などのレーザ溶融ユニットのモジュールへのデータ接続と、位置測定デバイス１４０と、外部データ接続１３５とを備える。記憶装置１３２には、次に説明されるような方法を実行するようにプロセッシングユニットに命令するコンピュータプログラムが格納される。
【００４０】
プロセッサは、外部接続１３５を介して走査経路を表す幾何学的データを受信して、各粉末層における粉末の固化する領域を把握する。部品を構築するために、プロセッサは、走査器１０６を制御して、幾何学的データで決められた走査経路に従ってレーザ光線を向ける。
【００４１】
図３ａおよび３ｂを参照すると、この実施形態では、固化すべき材料の領域の周りに延在する境界走査経路２００などの走査経路に沿った走査を行うために、レーザ１０５および走査器１０６が同期されて、走査経路２００に沿った一連の個別の点２０１をレーザ光線に逐次的に露光させる。各走査経路２００に対して、点間隔ｄ、点露光時間、スポットサイズ、および各点露光間の遅延が決まる。点２０１が走査される方向Ｄも決まる。図３ａでは、レーザ光線が境界走査経路２００の周りを進む方向Ｄは時計方向であるが、以下でより詳細に説明されるように、他の境界走査経路に対しては、レーザ光線は、境界走査経路の周りを反時計方向に進められ得る。実際には、各点露光間の時間は、典型的には、図３ａに示されるように個別のスポットを走査するためにミラー１０６ａ、１０６ｂがレーザのパルス出力に対して十分に迅速に移動および停止することが不可能なほどに短く、結果的に、図３ｂに概略的に示されるように、各個別の点に対して細長いメルトプール（melt pool）２１０が形成される。したがって、図３ａに示されるような一連の個別の点を露光する命令は、走査経路に沿って固化された材料の連続的な線の形成をもたらす。
【００４２】
代替的実施形態では、スポットは、走査経路に沿って連続的に走査され得る。そのような実施形態では、点間隔および露光時間を決めるのではなく、レーザスポットの速度が、各走査経路に対して指定され得る。
【００４３】
図４を参照すると、材料の層内の固化される領域のための走査経路３００ａ、３００ｂ、および３０２が示されている。走査経路は、領域の境界の周りに延在する外側の境界走査経路３００ａおよび内側の境界走査経路３００ｂ、ならびに領域の中心部を固化するための充填走査経路３０２を含む。図４では、充填走査経路３０２は、ラスタ（蛇行）走査として示されているが、領域の中心部を充填するために、一連のストライプとしてまたは市松模様に走査することなどの、他の走査ストラテジーが使用され得ることが理解されるであろう（例えば、特許文献５参照）。部品のための正確な表面を得ると同時に領域を効率よく固化させるために、領域の外殻と中心部とで異なる走査ストラテジーを使用することが、通常は有益である。
【００４４】
図４において矢印で示されるように、レーザ光線は、外側の境界走査経路３００ａに沿って、レーザ光線が内側の境界経路３００ｂに沿って進められる反時計方向とは反対の、時計方向に進められる。
【００４５】
図５は、異なる層１、２、３、４の対応する領域の対応する境界走査経路に沿って進められるレーザ光線の方向が、どのようにして時計方向と反時計方向とを繰り返させられるかを示す。典型的には、連続的な層間の固化される領域は、通常は層間での大きな変化を避ける配向で部品が構築されるので、劇的には変化しない。したがって、前層における固化される領域は、典型的には、現在の層における固化される領域と、サイズおよび形状が密接に対応することになる。
【００４６】
図５では、外側および内側の境界走査経路３００ａ、３００ｂがレーザ光線で走査される方向は、各層１、２、３、および４に対して、前層から反転される。さらに、各境界走査経路３００ａ、３００ｂの走査のための開始／終了位置３０３ａ、３０３ｂの場所が、前層１、２、３、４における対応する境界走査経路３００ａ、３００ｂの走査の開始／終了位置の場所から変更される。図５では、充填走査経路は、明瞭さのために省略されているが、充填走査経路は、通常、例えば現在の層の充填走査経路が前層の充填走査に対して４５度、６０度、７２度、または９０度で割り切れない角度で延在するように、各層間で設定角度だけ回転されることが、理解されるであろう。典型的には、連続的な層間の回転の角度は、１０度よりも大きく、好ましくは、６７度または７４度などの角度である。
【００４７】
図６は、本発明の代替的実施形態による、連続的な層のための境界走査経路を示す。この実施形態では、境界走査経路４００に沿った材料が、境界走査経路４００の、この場合では６つの、異なるセクション４０４ａから４０４ｆに沿って一連の個別の走査を実行することによって、固化される。異なるセクション４０４ａから４０４ｆは、境界走査経路４００の周りで異なる方向に（時計方向／反時計方向に）走査される。境界走査経路４００2の各セクション４０４ａ2から４０４ｆ2に沿ってレーザ光線が走査される方向は、前層の対応する境界走査経路４００1の対応するセクション４０４ａ1から４０４ｆ1に沿ってレーザ光線が走査される方向とは反対である。
【００４８】
領域の固化において複数の境界走査経路４００が実施される場合には、境界走査経路のそれぞれに沿った材料は、一連の個別の境界走査を行うことによって固化され得る。境界走査経路のうちの一方に対する各個別の走査のための開始点および終了点は、隣接する境界走査経路に沿った個別の走査の開始点または／および終了点に対して、境界に沿った異なる場所とされ得る。
【００４９】
本明細書で定義される本発明の範囲から逸脱することなく上記の実施形態に変更および修正がなされ得ることが、理解されるであろう。例えば、本発明は、連続的な層において実質的に繰り返される非境界走査（non-border scan）に拡張され得る。例えば、２次元のセクションの形成においてレーザ光線が移動する経路の組の形状がセクションの輪郭の幾何学的形状に依存する構成が開示されている（例えば、特許文献６参照）。同一のまたは類似した２次元のセクション／領域が形成される連続的な層に対して、レーザ光線が移動する経路のうちの対応するものの方向は、連続的な層間で反転され得る。さらに、装置は、複数のレーザ光線を生成するための複数のレーザを備えることができ、また、各レーザ光線に対して、レーザ光線を粉末床の選択された領域に向けるための走査モジュールを備えることができ、走査経路３００ａ、３００ｂ、４００を走査するために使用されるレーザ光線は、前層の対応する走査経路３００ａ、３００ｂ、４００を走査するために使用されたレーザ光線と同一のものであってもよく、または異なるものであってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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