(57)【要約】  付加製造のための方法および装置が記載されている。付加製造のための方法は、積層面上の材料の層を、概ね線形状を有する少なくとも１つのラインレーザを含むレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップを含んでよい。ラインレーザの強度は、レーザエネルギーの１回または複数回の投射が積層面を横切るように走査される際、所望されるパターンに従って材料の層の溶融を生じさせるように調整されてよい。【選択図】図１
2018524476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の層を、レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップであって、前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回が概ね線形状を有するライン投射であるステップと、
前記材料の層を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、前記材料の層の少なくとも一部分を溶融させるステップと、
前記材料の層の前記一部分を所望される形状に溶融させるために前記材料の層に対する前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を移動させるステップと
を含む付加製造のための方法。
【請求項２】
前記ライン投射の強度が、前記ライン投射の長さに沿って一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を移動させる間、前記ライン投射の長さと幅の少なくとも一方を変化させるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射の少なくとも１回がドット投射である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を前記材料の層に対して移動させる間、前記ドット投射を前記ライン投射に対して移動させるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記材料の層の前記ライン投射への暴露が、前記材料の層の少なくとも一部分を前記材料の層の溶解温度を下回る第１の温度まで加熱し、前記材料の層の前記ドット投射への暴露が、前記材料の層の前記一部分を前記材料の層の前記溶解温度より高い第２の温度まで加熱する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ライン投射の長さと、前記ライン投射の幅の少なくとも一方に沿って前記ライン投射の強度を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射が前記材料の層に対して移動される際、前記ライン投射の強度が所望されるパターンに従って調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ライン投射に暴露される領域のおよそ５０％未満が、前記材料の層の溶解温度を上回る温度まで加熱されるように、前記ライン投射の強度が調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ライン投射に暴露される領域のおよそ２５％からおよそ７５％が前記材料の層の溶解温度を上回る温度まで加熱されるように、前記ライン投射の強度が調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料の層に対してレーザエネルギーの所望される二次元パターンを送達するために、前記ライン投射の強度の調整を前記材料の層に対する前記ライン投射の移動と連携させるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記二次元パターンが、ゼブラパターンとチェッカー盤パターンの少なくとも一方である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ライン投射の強度が、回折格子ライトバルブと、平面ライトバルブ調整器の少なくとも一方を利用して調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料の層の一部分を溶融させるステップが、前記材料の層の一部分を熔解させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記材料の層が、粉末、材料のシートおよび繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記粉末が、金属粉末、セラミック粉末および高分子粉末のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記材料の層がさらに、粉末と混合されたナノ構造体を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ構造体が、フラーレン、カーボンナノチューブおよびグラフェンシートのうち少なくとも１つを含む炭素ベースのナノ構造体である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記粉末が、０．０１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記粉末が、１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記粉末が、１０マイクロメータから１ｍｍの間のサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料の層を積層面上に設けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記材料の層を設けるステップが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システム、または押し出しノズルのうちの少なくとも１つによって前記材料の層を堆積させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料の層の少なくとも１つの特性を計測するステップと、計測した前記少なくとも１つの特性に基づいて前記１回または複数回のレーザ投射の強度と、前記１回または複数回のレーザ投射の移動の少なくとも一方を調節するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記材料の層の前記少なくとも１つの特性が、光学カメラ、光学距離センサ、赤外線センサ、赤外線カメラ、アコースティックエミッションセンサ、Ｘ線放出センサまたは超音波放出センサのうちの少なくとも１つによって計測される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の温度である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の高さである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
第１の溶解温度を有する第１の材料と、前記第１の溶解温度を超える第２の溶解温度を有する第２の材料とを有する材料の層を積層面上に設けるステップと、
前記第１および第２の材料をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップであって、前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回は概ね線形状を有するライン投射であり、前記第１および第２の材料の前記レーザエネルギーの投射への暴露は、前記第１および第２の材料を、前記第１の溶解温度を超え、かつ前記第２の溶解温度を下回る温度まで加熱するステップと、
前記第１および第２の材料を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、前記第１の材料の少なくとも一部分を溶融させるステップと
を含む、付加製造のための方法。
【請求項２９】
前記第１および第２の材料が、所望される形状と、所望される組成のうちの少なくとも一方に従って前記積層面上に配置される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の材料が、金属粉末、セラミック粉末および高分子粉末のうちの少なくとも１つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の材料が金属粉末を含み、前記第２の材料がセラミック粉末を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を前記材料の層に対して移動させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
第１および第２の材料の少なくとも一方がナノ構造体を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノ構造体が、フラーレン、カーボンナノチューブおよびグラフェンシートを含む炭素ベースのナノ構造体である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記１および第２の材料の少なくとも一方が、０．０１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する粉末粒子を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記粉末が、１から１００マイクロメータの間のサイズを有する粒子を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記粉末が、１０マイクロメータから１ｍｍの間のサイズを有する粒子を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記材料の層を前記積層面上に設けるステップが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システムまたは押し出しノズルのうちの少なくとも１つによって前記材料の層を堆積させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１および第２の材料が前記積層面上に別々に堆積される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記材料の層の少なくとも１つの特性を計測するステップと、計測した少なくとも１つの特性に基づいて前記１回または複数回のレーザ投射の強度の少なくとも１つを調節するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記材料の層の少なくとも１つの特性が、光学カメラ、光学距離センサ、赤外線センサ、赤外線カメラ、アコースティックエミッションセンサ、Ｘ線放出センサまたは超音波放出センサのうちの少なくとも１つによって計測される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの特性が、前記第１および第２の材料の少なくとも一方の温度である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の高さである、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
積層面と、
前記積層面上に材料の層を堆積させるように構成された材料堆積システムと、
前記材料の層をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するように構成されたレーザエネルギーの１つまたは複数の熱源であって、前記材料の層の前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射への暴露が、前記材料の層の少なくとも一部分を溶融させ、前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源のうちの少なくとも１つが、概ね線形状を有するライン投射を形成するように構成されるレーザエネルギーの１つまたは複数の熱源と
を備える付加製造のための装置。
【請求項４５】
前記積層面がチャンバ内に封入される、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記チャンバが制御された大気を有する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記材料堆積システムが前記チャンバ内に封入される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源が、前記チャンバの外側に配置され、前記１つまたは複数の熱源からのレーザエネルギーが、前記チャンバの一面にある窓を通って通過する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４９】
前記材料堆積システムが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システムまたは押し出しノズルのうちの少なくとも１つを備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５０】
前記材料堆積システムが、金属材料、セラミック材料、高分子材料および液体材料のうちの少なくとも１つを堆積させるように構成される、請求項４４に記載の装置。
【請求項５１】
前記積層面が、前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源に対して移動可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５２】
前記レーザ熱源の少なくとも１つが、ドット投射を形成するように構成される、請求項４４に記載の装置。
【請求項５３】
前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源のうちの少なくとも１つに対応付けられた強度調整器をさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５４】
前記強度調整器が、回折格子ライトバルブと平面ライトバルブ調整器の少なくとも一方を備える、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
第２の積層面をさらに備え、前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源が、前記積層面と第２の積層面の各々の上にある材料を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するように構成され、前記第２の積層面が、前記第１の積層面に対して移動可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５６】
前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源に対応付けられ、前記積層面に対する前記レーザエネルギーの１つまたは複数の投射の位置を調節するように構成されたミラーベースシステムをさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］  本明細書に記載される態様は、付加製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  選択的レーザ焼結または溶解による付加製造は、粉末層の連続して起こる溶融を利用して三次元の物体を生み出す特定のプロセスを指している。開始するために、薄い粉末層が作業台（度々「積層プラットフォーム」と呼ばれる）の上に分配されることで、少なくとも１つの粉末の層が粉末床を形成する。粉末層の選択された領域がその後、典型的にはレーザビームである指向性のエネルギー源に曝されることによって溶融される。レーザビームの照射パターンがこうして、三次元の物体の断面を形成する。垂直方向に重ねられたそのように形成された断面の連続した溶融を通して部位が積層され、各々の層の溶解の間に、積層プラットフォームが下方に増分され、粉末の新たな層が積層面の上に堆積される。レーザ粉末−溶融の付加製造の一般的なプロセスは、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）および直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）を含めた複数の用語によって知られており、種々の金属、セラミック、高分子、合金および複合体に適用されてきた。
【０００３】
［0003］  ＳＬＭにおいて、溶解した材料の液体の軌道は、レーザドットの走査軌跡に沿って形成される。使用され得るレーザ光線の最大の直径は、所望される最小フィーチャーサイズまたは積層されるべき部位の詳細によって制限される。レーザビームスポットサイズとフィーチャー分解能の相互依存性もまた、ＳＬＭによって達成可能な積層速度と質を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
［0004］  所望されるフィーチャー分解能に加えてより高いプロセス速度を達成するためにはそれ故、多数のレーザビームを設置する、または積層面を横切るレーザの走査速度を高めることが必須である。１つの機械に組み込むことができる複数のレーザビームの数は、技術的および経済的な実現可能性によって制限される。最大走査速度は、レーザ出力、溶融−プールの安定性および熱伝達によって制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［0005］  一実施形態において、付加製造のための方法は、材料の層をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップを含んでおり、レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回は、概ね線形状を有するライン投射である。方法はさらに、この材料の層をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、材料の層の少なくとも一部分を溶融させるステップと、材料の層の一部分を所望される形状に溶融させるために材料の層に対するレーザエネルギーの１回または複数回の投射を移動させるステップとを含む。
【０００６】
［0006］  別の実施形態において、付加製造のための方法は、第１の溶解温度を有する第１の材料と、第１の溶解温度を超える第２の溶解温度を有する第２の材料とを有する材料の層を積層面上に設けるステップと、第１および第２の材料をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップとを含む。レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回は、概ね線形状を有するライン投射であり、第１および第２の材料のレーザエネルギーの投射への暴露は、第１および第２の材料を、第１の溶解温度を超えかつ第２の溶解温度を下回る温度まで加熱する。方法はさらに、第１および第２の材料をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、第１の材料の少なくとも一部分を溶融させるステップを含む。
【０００７】
［0007］  さらに別の実施形態において、付加製造のための装置は、積層面と、積層面に材料の層を堆積するように構成された材料堆積システムと、材料の層をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するように構成されたレーザエネルギーの１つまたは複数の熱源とを含む。材料の層のレーザエネルギーの１回または複数回の投射への暴露が、材料の層の少なくとも一部分を溶融させ、レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源のうちの少なくとも１つは、概ね線形状を有するライン投射を形成するように構成される。
【０００８】
［0008］  上述の概念および以下で考察される付加的な概念は、本開示はこの点に限定されないため、任意の好適な組み合わせで構成される場合もあり得ることを理解されたい。さらに本開示の他の利点および新たな特徴が、添付の図面と併せて考慮した場合、様々な非限定的な実施形態の以下の詳細な記載から明らかになるであろう。
【０００９】
［0009］  添付の図面は、縮尺通りに描かれることは意図されていない。これらの図面において、種々の図面に例示される各々の同一のまたは概ね同一の構成要素は、同様の数字によって表されてよい。明確にする目的で、全ての構成要素が全ての図面において名前が付けられているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】［0010］一実施形態による付加製造のための装置の概略図である。
【図２Ａ】［0011］概ね「ドット」形状を有する１つのレーザ熱源を備えたエネルギーのレーザ熱源への粉末材料の層の暴露を表す従来技術の概略図である。
【図２Ｂ】［0012］一実施形態による層上に投射される際、概ね「ライン」形状を有する１つのレーザ熱源を備えたエネルギーのレーザ熱源への粉末材料の層の暴露を表す概略図である。
【図２Ｃ】［0013］線形状を有するエネルギーの複数のレーザ熱源への粉末材料の層の暴露を表す概略図である。
【図２Ｄ】［0014］線形状を有するエネルギーの複数のレーザ熱源への粉末材料の層の暴露を表す概略図である。
【図３Ａ】［0015］一実施形態による積層面に投射される際のレーザラインの強度プロファイルを表す概略図である。
【図３Ｂ】［0016］一実施形態による積層面に投射される際のレーザラインの調整された強度プロファイルを表す概略図である。
【図３Ｃ】［0017］別の実施形態による積層面に投射される際のレーザラインの調整された強度プロファイルを表す概略図である。
【図３Ｄ】［0018］さらなる実施形態による積層面に投射される際のレーザラインの調整された強度プロファイルを表す概略図である。
【図３Ｅ】［0019］ラインの幅の方向を表すｘ軸と、長さの方向を表すｙ軸とを有するレーザラインを投射するレーザライン熱源を表す概略図である。
【図４Ａ】［0020］層の一部の領域がラインによって選択的に溶融され、他の部分は溶融されないまま残る一実施形態による、熱源が粉末の層上に投射される際、概ね線形状を有するエネルギーのレーザ熱源への粉末材料の層の暴露を表す概略図である。
【図４Ｂ】［0021］一実施形態によるライン投射の位置対時間を表す概略図である。
【図５Ａ】［0022］一実施形態による、「チェッカー盤」パターンを形成するように調整された線形状のレーザ放射への粉末層の暴露を表す概略図である。
【図５Ｂ】［0023］一実施形態による、「ゼブラ」パターン形成するように調整された線形状のレーザ放射への粉末層の暴露を表す概略図である。
【図５Ｃ】一実施形態による、溶融した領域が暴露後に粉末層上に所望の形状を形成する２つの連続する段階における線形状のレーザ放射への粉末層の暴露を表す概略図である。
【図６Ａ】［0024］一実施形態による、層に対して投射される際、一方が概ね「ライン」形状を有し、一方が概ね「ドット」形状を有するエネルギーの２つのレーザ熱源を使用する粉末層の同時の暴露を表す概略図である。
【図６Ｂ】［0025］一実施形態による、一方が概ね「ライン」形状を有し、一方が概ね「ドット」形状を有し、ライン投射とドット投射が完全に重なる２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図６Ｃ】［0026］一実施形態による、一方が概ね「ライン」形状を有し、一方が概ね「ドット」形状を有し、ライン投射とドット投射が部分的に重なるエネルギーの２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図６Ｄ】［0027］一実施形態による、一方が概ね「ライン」形状を有し、一方が概ね「ドット」形状を有し、ライン投射とドット投射が全く重ならない２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図７Ａ】［0028］一実施形態による、一方が調整されたライン熱源であり、一方が調整されないライン熱源であるエネルギーの２つのレーザ熱源を使用する粉末の層の同時の暴露を表す概略図である。
【図７Ｂ】［0029］一実施形態による、一方が調整されたライン熱源であり、一方が未調整のライン熱源であり、調整されたライン投射と、未調整のライン投射が完全に重なる２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図７Ｃ】［0030］一実施形態による、一方が調整されたライン熱源であり、一方が未調整のライン熱源であり、調整されたライン投射と、未調整のライン投射が完全に重なる２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図７Ｄ】［0031］一実施形態による、一方が調整されたライン熱源であり、一方が未調整のライン熱源であり、調整されたライン投射と、未調整のライン投射が部分的に重なる２つのレーザ熱源からの投射を表す概略図である。
【図７Ｅ】［0032］一実施形態による、一方が調整されたライン熱源であり、一方が未調整のライン熱源であり、調整されたライン投射と、未調整のライン投射が全く重ならない２つのレーザ熱源を使用からの投射を表す概略図である。
【図８】［0033］一実施形態による、熱源が、粉末の層に投射される際、概ねライン形状を有するエネルギーのレーザ熱源によって２つの異なる粉末材料で構築された層の暴露を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［0034］  選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）による付加製造において粉末床上へのレーザエネルギーの空間的および時間的な分配は、このプロセスを適切に制御するために重要である。エネルギー分配を制御することができる手段は、精度、および形成される幾何学形状の達成可能な最小フィーチャーサイズ、その部位の微細構造および密度、ならびに積層速度に直接関係するプロセスの生産性を含めた目的の属性に重大な影響を与える。粉末床へのレーザエネルギーの送達は、レーザの波長、レーザ出力、強度プロファイル、レーザ投射の空間的分配（例えば定格スポットサイズを含むビームプロファイル）、レーザパルス形状、走査速度および走査パターンを含めた属性によって表現することができる。
【００１２】
［0035］  しかしながら上記に記載したように、従来技術のレーザの粉末−床付加製造システム、典型的にはＳＬＭ機械は、概ね円形のビーム形状（ここでは「ドット」ビームと呼ばれる）を有する１つまたは複数のレーザ熱源のみを利用する。送達されるエネルギーの空間的分配は、レーザビームの強度プロファイルを、例えば「ガウシアン」または「トップハット」プロファイルを有するように「成形する」ことによって修正することができる。現時点における最新のＳＬＭ機械は、典型的には２０〜２００マイクロメートルの範囲内で変動するビーム直径を有する。
【００１３】
［0036］  しかしながらそのようなビームプロファイルの高度に局所化された性質は、ＳＬＭ法によって部位を作製することができる速度を制限する。レーザの走査速度を高めることによってプロセスの積層速度を高めることは、より高いレーザ出力を必要とする。溶解した軌道を形成するのに十分な出力を有する高速走査ビームの結果として生じる溶融プールは、速度の遅い走査ビームと比べて細長くなる。長さと幅の大きな比を有する溶融プールが不安定であることにより、積層面に望ましくない欠陥を生じさせ、このような欠陥が形成されるのは、溶解した軌跡が複数の切片に分断し、その各々が、概ね円筒形の軌跡よりも大きな表面エネルギーを有するためである。そのような欠陥の構造には、（ｉ）溶解した粉末と周辺の粉末の間の高い温度勾配によって生じる不安定性、（ｉｉ）冷却作業中の液体軌跡の縮小、および（ｉｉｉ）液体金属の低い粘性に加えて、凝固の時間スケールに対する毛管流の急速な時間スケールに起因する溶解した軌跡の分解が含まれる。十分なエネルギー密度を有するより高速のレーザ走査速度は、より長い溶融プールを招くことになるため、球形を形成せずに凝固することができる溶融プールの形態と構造は、連続する凝固した軌跡が形成されるＳＬＭレーザ走査速度に関する上限を設定する。
【００１４】
［0037］  さらにＳＬＭの速度は、入射レーザエネルギーが積層面上で粉末材料の溶解を生じさせる速度によって左右される。この速度は、レーザ出力を高めることによって高めることができ、その結果としてこれはより高速の走査速度を可能にすることができる。しかしながら積層面（すなわちその上にレーザが入射する）から下向きの温度勾配も存在しており、これは積層速度を高めるためにより高い出力密度が送達される場合、結果としてより大きくなることになる。積層面より下の指定された距離のところで（この距離は適切な層の厚さを規定する）粉末の溶解を達成するための要件もまた、積層面からの溶融した材料の蒸発が原因でより多くの熱を失わせる。このような蒸発作用は、蒸気の速さに起因する溶融プールの形状に対する破壊に加えて、エネルギー効率を下げ、表面品質を低下させることになる。
【００１５】
［0038］  本発明者等は、選択的レーザ溶融における高い速度と分解能を同時に達成するために、このような制限を克服する付加製造プロセスを開発した。この新たなプロセスは、より高いレーザ出力と、積層面に送達されるエネルギーの分配の改善された制御を利用することを可能にし、これにより走査速度を高めたり、空間的分解能（すなわち最小限のフィーチャーサイズ）を犠牲にしたりする必要がなくプロセス速度を高める。
【００１６】
［0039］  本明細書に記載される態様は、本明細書ではラインレーザと呼ばれる、エネルギーの１つまたは複数のライン形状のレーザ熱源を利用してエネルギーの特定のパターンによって積層面を走査することによって、粉末層の空間的な選択的溶解を通して、層毎の方式で粉末ー床からの特定の部位の製造に関する。所望される結果に応じて、溶融は、固体状態の範囲内での、または溶解、合体および凝固による、積層面の要素（例えば粉末の粒状体、ワイヤまたはシート）の結合を表す場合がある。これは、材料の溶融がそのラインの長さにわたって空間的に制御されるような方法で行われるが、積層面上へのそのラインの瞬間的な投射の長さ全体、またはその長さのかなりの割合にわたって行われる必要はない。本明細書に記載される一部の態様によると、全体として１本のラインに沿った粉末の溶融は、既存の方法を利用して必要とされるような多数のドット形状のレーザ熱源を別々に制御する必要なしに、溶融した区域の任意の好適な／所望されるパターンを形成するように制御することができる。
【００１７】
［0040］  レーザエネルギーの線形熱源、すなわちラインレーザは、その幅より少なくとも１０倍大きい、その幅よりも少なくとも１００倍大きい、またはその幅よりも少なくとも１０００倍大きい長さ寸法を有するように考慮されてよい。例えば一実施形態に従って使用されるラインレーザは、１０〜１００マイクロメートルに及ぶ幅と、０．１から１ミリメートル、１〜１０ミリメートル、１〜１０センチメートルまたは１メートルほどの長さにも及ぶ長さとを有する場合がある。特定の実施形態において、長さと幅は、強度がその最大強度の１／ｅ２に達するそれぞれの寸法によって規定されてよい。また粉末床上に投射される際の１つの線形熱源は、より小さな寸法を有する、またはより小さなエネルギー密度を有する２つ以上の線形熱源を重ね合わせることによって達成される場合もある。例えば各々１センチメートルの長さを有する１０個の線形熱源を重ね合わせて、１０センチメートルの長さの１つの有効熱源を形成することができる、またはその結果、有効な線形熱源の長さはなおも単に１センチメートルだが、そのエネルギー密度は、粉末床上に投射されるラインを構成する１０個の線形熱源の合計である。そのような線形熱源の重ね合わせはまた、積層面上にレーザエネルギーの一連の平行線を投射する能力をもたらす場合もあり、そのため平行線の間の強度調整の一例の振幅は、各々の個々のラインの幅寸法にも匹敵する。このようなやり方で、線形熱源の重ね合わせを利用してレーザエネルギーの二次元配列を形成することができる。
【００１８】
［0041］  一部の実施形態によると、ラインレーザに沿ったおよび／またはラインレーザを横切るような平均強度の分配は、局所的な強度がゼロから最大値まで及ぶように、基本的に任意の好適な方式で変更されてよい（「調整される」とも呼ばれる）。積層面に投射される際概ね線形状のレーザ熱源、すなわちラインレーザはそれ故、本明細書では、前記ラインに沿ったおよびラインを横切るようなレーザエネルギーの均一な分配を伴って、上記に定義した長さと幅の比を有する、積層面上に投射される際のレーザエネルギーのパターンとして規定されるのみならず、前記ラインに沿ったおよびラインを横切るようなレーザエネルギーの分配が大きく調整された場合、そういうものとして規定されることになる。前記ラインのエネルギーは、積層面上の材料（例えば粉末）の溶融が、投射に曝される一部の領域では起こらず、材料の溶融が、投射に曝される一部の他の領域では起こるような範囲に調整することができる。調整の一例では、その強度は、特定の領域ではラインの長さに沿ってゼロに設定され得るが、他の領域では、ラインの幅寸法に近似の空間的変化度合いで、強度がゼロから最大値の間に及ぶ場合がある。ラインレーザはそれ故、所与の走査速度で粉末の溶融を達成するのに十分高いエネルギーを有するラインの一部のまたは全ての区画が、ラインのこのような個々の区画をそれ自体をラインとして規定する個別のアスペクト比を持たないような範囲に調整することができる。しかしながら溶融のこのような個々の区画はそれでもなお調整されたラインの区画であり、複数の個別に制御された概ねドット形状のレーザ熱源ではないことを理解されたい。材料の任意の区域の溶融は、材料および周辺部のパラメータに加えて、その区域へのレーザ投射によって伝達されるエネルギー、伝達の期間によって決められるために、溶融のプロセスまたはそれがないことは、調整された強度のみならず、本明細書に記載される他のプロセスパラメータにもよって制御されることを理解することができる。
【００１９】
［0042］  溶融の特殊なケースとして、上記に記載した積層面の複数の小さな区域の同時に行われる溶解は、溶解作用の高い空間的分解能を達成することを可能にし、プロセスの積層速度を高めるためのより高い粉末密度および走査速度の他に、細長くなった溶融プールの不安定性、球形形成に起因する欠陥の形成、および複数のドット熱源が単独で使用される際に生じる高い温度勾配に起因する効率の悪さを含めた現行の方法の制限を克服する。一実施形態において、同時に溶解させることができる粉末床上の別個の場所（すなわちプロセスにおける任意の時点での隔離された溶融プール）数は、複数の個々に制御されたドット熱源の走査によって形成することができる隔離された溶融プールの数をはるかに超えることは顕著である。
【００２０】
［0043］  一実施形態によると、空間的に制御された材料の溶融は、少なくとも１つのラインレーザ熱源を設け、ラインの長さに沿って強度プロファイルを調整し、その一方で、粉末層の加熱、溶解および凝固を空間的に制御するためにこのような調整を積層面にわたる線形プロファイルの挙動と連携させることによって達成されてよい。
【００２１】
［0044］  別の実施形態において、空間的に制御された材料の溶融は、少なくとも１つの概ね円形（ドットの）熱源の走査と連携させて、ラインの長さに沿ってほぼ均一な強度プロファイルを有する少なくとも１つのラインレーザ熱源を走査することによって達成される場合もある。この複数の熱源が、積層面にわたって走査されることで、ラインによって実質的に加熱された領域と、ドット熱源によって実質的に加熱された領域との少なくとも部分的な重なりが生じる場所のみに溶融が起こる。例えばラインは、周辺温度をかなり上回る温度であるが、溶解温度を下回る温度まで粉末を加熱することができ、その後ドットが、溶解温度を上回る温度まで上昇させることができる。このようなケースでは、ドットの平均走査速度は、必ずしもそうである必要はないが、ラインの走査速度より実質的に速く、ラインの長さはドットの直径より実質的に大きくなる場合がある。
【００２２】
［0045］  さらに別の実施形態は、異なる溶解温度を有する少なくとも２つの粉末材料の空間的な配列を有し、レーザエネルギー熱源への暴露が、その表面の選択された領域において材料の両方ではなく片方のみを溶解させるように、少なくとも１つの概ね線形の熱源を含むレーザ熱源を走査することによって規定されるレーザエネルギーの空間的分配を実現する積層面の構築を含む。溶解温度は、摂氏１０度ほど、摂氏１００度ほど、摂氏１０００度ほど、または摂氏４０００度ほどによって分けられてよい。両方の材料は、金属であってよい、両方がセラミックであってよい、または一方が金属製で他方がセラミックである場合もある。材料はまた、高分子、半導体またはイオン化合物である場合もある。積層面の溶解温度はまた、金属粉末などの第１の金属の一様な組成を堆積させ、その後、例えば共晶組成を形成することによって材料の組み合わせの溶解温度を変えるように作用する第２の材料を局所的に堆積させることによって空間的に変化させることもできる。
【００２３】
［0046］  一実施形態よる付加製造のための装置の概略図が図１に示されている。粉末床４を備えた作業台５が、窓３を備えたチャンバ２の内部に配置され、粉末床をレーザ熱源１に曝すことを可能にする。レーザ熱源、またはレーザ熱源の光路内に位置決めされた他の構成要素は、例えばガントリシステムおよび／または１つまたは複数の反照検流計を含み得るミラーベースのシステムなど、粉末床に対するレーザビーム投射の位置を変えるための手段を含んでおり、これらはチャンバの内部または外側に配置される場合がある。粉末床と交差するレーザエネルギーの調整および／または成形手段は、ビーム調整デバイスと、ライトバルブ（例えば回折格子ライトバルブおよび平面ライトバルブ）とを含む。レーザ熱源からの制御されたエネルギー送達は、局所化された加熱と、それに続く冷却時における粉末層内での選択的な溶融を可能にする。作業台はその後下に下げられ、新たな粉末層が粉末床の頂部に散布される。この実施形態では、粉末層は、作業台の領域内の垂直方向に作動される粉末カートリッジ６から粉末散布機構８を含めたリコーターシステムによって形成される。粉末層の形成の代替の方法は、ノズル機構、インクジェット堆積法、電気−流体力学堆積法または超音波溶着法による粉末の堆積を含む場合がある。その結果三次元の部位が、複数の連続して溶融した断面として作製される（すなわち付加製造される）。この断面は、必ずしもそうでなくてもよいが、平面であり得ることを理解することができる。
【００２４】
［0047］  図２Ａは、制御手段を備えたレーザ１１に曝された粉末の層１０を含む複数の溶融層から三次元の物体を製造するための従来技術の方法を例示している。レーザ熱源１１は、層１０の上に概ね「ドット」形状の投射１２を有する。その後、粉末層を所望される断面内に限定された軌道に沿って「ドット」形状の投射によって走査することによって、層の範囲内での選択的溶融が達成される。
【００２５】
［0048］  図２Ｂは、粉末の溶融による付加製造に関する一実施形態を広く例示している。粉末層２０が、制御手段を備え、層２０の上に投射される際概ね線形形状２２を有するレ−ザ熱源２１に曝される。レーザ熱源２１は、ライン投射２２の強度分配を調整するための手段を含んでおり、例えば強度をラインに沿って調整する回折格子ライトバルブ（ＧＬＶ）、または強度をラインに沿ってかつラインを横切るように調整する平面ライトバルブ格子（ＰＬＶ）などのライトバルブなどである。一例のＧＬＶ調整器システムは、一列の動的に作動される高度に反射性のマイクロリボンを利用して、投射されたラインを横切るように出力された光の強度を空間的に制御する能力を利用する。積層面を横切るラインの走査中に、粉末、あるいは繊維またはシートなどの他の材料形態の局所的な溶融を誘導するために、レーザの強度の線形の分配が空間的および時間的に制御される。強度をいかにして調整するかの別の例がこの後に示される。ＧＬＶまたはＰＬＶ調整は、投射されるラインの強度を調整する単なる２つの手段であり、空間的な光の調整の他の手段が利用される場合もあることは明白である。これらは、レーザを局所的に調整可能な光の透過を有する媒体と交差させ、そうすることでレーザエネルギーの一部のみが、所望される空間パターンでこの媒体の中を通って伝送され、積層面に入射するステップを含んでよい。
【００２６】
［0049］  図３Ａ〜図３Ｅは、ラインレーザ熱源３１（図３Ｅ）の投射３２の強度プロファイルを、そのようなライン（ｙ方向）に沿って調整することができることを概略的に例示している。代替の一実施形態では、この部位３２に投射される際のラインレーザ熱源３１の強度プロファイルは、そのようなラインに沿って（ｙ方向）およびそのようなラインを横切るように（ｘ方向）調整することができる。ラインレーザ熱源の強度プロファイルは、Ｉ０  ３０（図３Ａ）における概ね均一な状態から非均一（図３Ｂ）な状態まで変更することができる。ここでは、設定のパラメータは、Ｉ０  ４０における層の暴露が粉末の局所的な溶融を生じさせるように選択される。同時に、０またはｋＩ０の強度（この場合ｋは０から１の間の数字である）によって示されたより低い強度区域（４１、４２および４３）は、対応する区域において粉末が溶融されないようにし、これによりライン投射の隔てられた領域において粉末の選択的な溶融を達成することを可能にする。強度プロファイルの他の例は、矩形および正弦曲線のプロファイル（図３Ｃ、図３Ｄ）を含む。
【００２７】
［0050］  図４Ａは、強度プロファイルの調整と、ラインレーザ走査とを連携させた同時制御によって、積層面上での所望される空間的および時間的強度パターンの形成を可能にすることを例示している。ラインレーザ３０１は、積層面３００上に調整されたライン３０２を投射する。ライン投射の強度プロファイルはこれにより、ｘ方向のラインの走査と連携するように調整されることで、所望される領域３０３が溶融される。溶融した領域３０３の外形のみがこのプロセスによって制御されるのではなく、溶融した領域と、溶融しない領域、例えば３０４の任意の所望されるパターンを中に形成することができるようなやり方でライン投射の強度プロファイルを調整することができる。図４Ｂは、時間ｔの中で、ここではｘ軸に沿って描かれるそのようなラインの走査作業が、均一な速度で行われる必要がなく、１つの層の走査作業中に交互に前後することさえできることを例示している。この走査運動は、例えば一定の速度と、正弦曲線を描くように変化する速度を合わせたものであってよく、ラインに沿った強度の調整と一致するように行われるため、レーザの投射により複数の個々の溶融プ−ルが存在し、１つまたは複数のそのような走査が完了することで、溶融することが望まれる積層面の全領域の完全な溶融が生じることになる。
【００２８】
［0051］  図５Ａおよび図５Ｃに示されるように、ラインレーザによって走査する際、「チェッカー盤」パターンを使用して、複数の個々の溶融プールを形成する場合がある。この例では、暴露パターンは、各々の層に関して少なくとも２つの段階を含む。最初の段階では、レーザエネルギーは、空間的および時間的に調整され、積層面３１３上の３１１として印が付けられた区域のみで溶融が誘発される。第２段階では、断面に応じて必要とされるならば、３１２として印が付けられた区域に少なくとも部分的な溶融が誘発される。こうして「チェッカー盤」パターンは、断面に応じた暴露領域に関するマスクとしての働きをする。時間的に変動する積層面上のライン投射の位置、投射の幅および投射に沿った強度の分配が、例えば一例のチェッカー盤パターンを達成するように変更されて、所望される最終的な密度および／または微細構造を有する積層面上の物質の溶融が生じるようになる。このようなケースでは、「チェッカー盤」は、局所的な平行な走査ラインの相対的な配向が、付加製造されている部位の連続する断面の中でおよび／またはその間で変更される場合の走査パターンの包括的な表現である。
【００２９】
［0052］  別の例として、図５Ｂに示されるような「ゼブラ」パターンにおけるエネルギーの送達もまた、溶融プールの形態と構造の制御を可能にする。最初の走査中、溶融は３２１として印が付けられた区域において誘発される。３２２として印が付けられた区域における溶融は、１回または複数回のそれに続く走査において誘発され、これは区域３２１と重なる場合もある。「ドット」レーザ溶解処理とは対照的に、溶融プールの幅は、レーザの「ドット」のサイズによって設定されるのではなく、ラインレーザに沿った強度の調整および走査パラメータによって直接制御される。他の例には、結果として起こる段階に関する暴露プロファイルの重なりを有するパターンが含まれ、これは異なる段階において暴露された領域間でのより均一な統合を可能にする。チェッカー盤パターンとゼブラパターンを記載してきたが、空間的に離れた多くの連続する溶融プール、例えばゼブラパターン（例えば波と、山形紋パターン）などまたはチェッカー盤（例えば杉綾模様パターン）などの交互の小さい不連続な溶融プールのいずれかである他のパターンも同様に可能である。
【００３０】
［0053］  複数のライン熱源の作用が上記に記載される複数段階と同じやり方で連携されるように、複数の段階の効果はより短い時間量において複数の連携されたライン熱源を利用して達成され得ることを理解されたい。
【００３１】
［0054］  図６Ａ〜図６Ｄは、「ドット」形状と、「ライン」形状のエネルギー熱源の組み合わせを利用する別の実施形態を例示している。１つの例は、粉末をその溶解点のかなりの割合まで加熱する線形状のレーザエネルギーの投射と、急速な局所溶解を引き起こす１つまたは複数の「ドット」形状の熱源とを利用している。一部のケースでは、これはライン投射とドット投射が交差する際に行われる場合もある。代替としてこれは、レーザ熱源が交差せず、粉末が暴露と暴露の間に実質的に冷却されないように短い時間間隔の中でドットレーザとラインレーザによる１つの領域の一連の暴露によって行われる場合もある。図６Ａ〜図６Ｄに概略的に描かれるように、ライン形状のレーザ熱源２０１と、ドット形状のレーザ熱源２０２は共に、粉末床２００にエネルギーを送達するために使用される。レーザ熱源のパラメータは、ライン熱源のみによる粉末層の暴露が、粉末をその溶解温度のかなりの割合までにして、溶解作用は、別個に制御されたレーザエネルギー熱源、例えばドット熱源を利用して粉末をさらにその溶解温度まで上昇させることによって空間的に制御されるように選択されてよい。粉末層上での線形投射２０４と、ドット投射２０５をより近づいて眺めたもの２１０が、図６Ｂ〜図６Ｄに示される。ライン投射２１２とドット投射２１３の完全な重なり（図６Ｂ）によって、ドット投射の少なくとも一部の中で粉末の溶融を生じさせ、投射２２２と２２３の部分的な重なり（図６Ｃ）は、例えばライン投射とドット投射の両方に暴露される領域の交差部分の少なくとも一部の範囲内で溶融を生じさせる場合がある。上記に説明したように、投射２３２と２３３が交差しない場合（図６Ｄ）、線形投射２３２の範囲内では溶融は行われないが、このケースでは、ドット投射が、粉末がライン投射によって生じた上昇した温度から実質的に冷却されないような十分な時間の中でこれより前にライン投射が交差した積層面の特定の領域に交差する場合、このドット投射によって暴露された領域内で溶融を行うことができる。当然のことながら、上述の実施形態におけるライン熱源およびドット熱源の作用は反対にされる場合もあり、例えばドット熱源が、温度を上げるように作用するが、それが溶解点を超えないようにし、調整されたライン熱源が、積層面の特定の領域を溶解させる場合もある。
【００３２】
［0055］  図７Ａ〜図７Ｅは、積層面７００上への調整されたライン投射７０４を有する少なくとも１つのレーザライン熱源７０２と、積層面７００上への未調整のライン投射７０３を有する１つのレーザライン熱源７０１との組み合わせを利用する選択的な粉末溶融に関する別の実施形態を例示している。１つの例は、粉末をその溶解点のかなりの割合まで加熱するためのレーザエネルギーの未調整の線形状の投射と、局所的な溶解を生じさせる１つまたは複数の調整された線形状の投射とを利用している。図６Ａ〜図６Ｄに関連して上記に記載した実施形態と同様に、これも未調整の線形投射と、調整された線形投射が交差する際に行われる場合があり、または粉末が上昇した温度から実質的に冷却されないような十分な時間の中で未調整の線形投射とは別に行われる場合もある。図７Ａに概略的に描かれるように、未調整のライン形状のレーザ熱源７０１と、調整されたライン形状のレーザ熱源７０２は共に、エネルギーを粉末床７００に送達するのに使用される。レーザ熱源のパラメータは、未調整の線形状の熱源のみによる粉末層の暴露が、粉末をその溶解温度に近づけ、例えば調整されたライン熱源を利用して追加のエネルギーが送達されたならば溶解が行われるように選択されてよい。粉末床上での未調整の線形投射７０２と調整された線形投射７０４をより近づいて眺めたもの７０５が図７Ｂ〜図７Ｅに示される。
【００３３】
［0056］  未調整の線形投射７０７と、調整された線形投射７０６が完全に重なることで、未調整の線形投射の中にある調整された線形投射が（図７Ｂ）、重なった領域の少なくとも一部の中で粉末の溶融を生じさせる。未調整の線形投射７０９と、調整された線形投射７０８が完全に重なることで、調整された線形投射の中にある未調整の線形投射が（図７Ｃ）が、重なった領域の少なくとも一部の中で粉末の溶融を生じさせる。投射７１０と７１１が部分的に重なる（図７Ｄ）ことは、例えばその交差部分の少なくとも一部の中で溶融を生じさせる場合がある。投射７１３と７１２が交差しない場合（図７Ｅ)、未調整の線形投射７１２の中で溶融は行われないが、上記に説明したように、このようなケースでは、調整されたライン投射が、粉末が調整された線形投射によって生じた上昇した温度から実質的に冷却されないような十分な時間の中でこれより前に未調整の線形投射が交差した積層面の特定の領域に交差する場合、調整された線形投射７１２の中で溶融を行うことができる。
【００３４】
［0057］  調整されたラインまたはドットと交差しない粉末に対する未調整の線形投射を、例えば層が溶融した後であるが未溶融の材料の次の層を追加する前に、残留応力を軽減する、またはその微細構造を制御するために積層面を上昇した温度まで加熱するなど、溶融ではなく熱処理のために使用することもできることを理解されたい。
【００３５】
［0058］  図８は、異なる溶解温度を有する粉末などの少なくとも２つの材料の空間的な配列を有する積層面８０１の構築を含む別の実施形態を例示している。粉末材料Ｐ１ ８０４、 ８０５、 ８０７から成る領域と、粉末物質Ｐ２ ８０３、 ８０６から成る領域とを備えたそのように構築された積層面がその後、積層面上への線形投射８０２を利用して少なくとも１つのラインレーザ熱源８００によって走査される。所与の出力および走査速度でのレーザエネルギー源への暴露は、粉末材料の両方ではなく一方を溶融させる。図８では、ラインは、積層面を正のｘ方向に走査する。領域８０６および８０７を含めた線形投射の左側にある積層面は既にレーザに暴露されているが、粉末材料Ｐ２から成る領域８０６のみが溶融され、粉末材料Ｐ１から成る領域８０７は暴露により溶融されなかった。領域８０３および８０４を含む線形投射の右側に対する積層面の一部は、まだレーザに暴露されておらず、よって全く溶融されない。ひとたびこの領域がレーザに暴露されると、粉末材料Ｐ２から成る領域８０３のみが溶融されることになり、粉末材料Ｐ１から成る領域８０４は、溶融されないままになるであろう。
【００３６】
［0059］  付加的にいくつかの実施形態において、積層面の温度ならびに形態および構造を監視するために１つまたは複数のセンサが使用される場合があり、この情報を利用して、ビームの位置、ビームの強度プロファイル、粉末床の温度および他のパラメータをリアルタイムに制御することができる。感知の手段は、フォトダイオードまたは赤外線カメラ、波動の伝播および反射センサ（例えば超音波、ＲＦ）を含む場合がある。センサからの情報は、制御アルゴリズムと組み合わせて、レーザエネルギーの空間的および時間的分配を調整するのに使用されてよい。例えばエネルギーの調整は、所望される表面温度を維持する、閾値の範囲内に温度を維持する、一次溶融ステップの後、空隙をなくすために材料を局所的に溶融させるなどのためにプログラミングされてよい。フィードバック制御スキームは、溶融を受ける領域の近傍（例えば線形暴露パターンの真下またはその周り）での積層面の温度の空間的撮像、レーザ熱源の位置の制御およびレーザ熱源の強度パラメータを含むことで、この部位の各々の層の処理作業中に積層面上に所望される一時的な温度場を確立することができる。別のフィードバック制御スキームを使用して、各々の層の溶融中または溶融後に、積層面の高さを測定することによって溶融層の高さを監視および制御し、レーザ熱源のその後の走査パターンおよび／または次の層内に送達される材料の量を決定する場合もある。所望される一時的な温度場は、例えば溶融されるべき各々の層の所望される断面に対応するようにプログラミングされ、積層プロセスの計算シミュレーションによって伝えることができる。上記に記載した一実施形態によると、少なくとも１つのレーザ熱源、例えばラインレーザ熱源などを使用して、積層面を溶解温度を下回る上昇した温度まで加熱し、ドットなどの第２のレーザ熱源を使用して、所望される空間パターンにおいて溶解させ、上記に挙げた感知および制御手段を利用して、積層面の規定された領域が、所望されるプログラムに従って溶解温度より下に、および溶解温度より上に留まるようにレーザ熱源の強度および位置を調整することができる。
【００３７】
［0060］  特定の実施形態に応じて、積層面に投射される際のレーザラインは、１００マイクロメートルほどの長さ、１ｍｍのほどの長さ、１０ｍｍほどの長さ、１００ｍｍほどの長さ、または１ｍほどの長さである場合がある。そのようなラインの平均の幅は、１マイクロメートルほどの幅、１０マイクロメートルほどの幅、１００マイクロメートルほどの幅、１ｍｍほどの幅、１０ｍｍほどの幅、または１００ｍｍほどの幅である場合がある。そのようなラインの個別に調整することができる一区分（本明細書では「ピクセル」とも呼ばれる）の平均の幅は、１マイクロメートルほど、１０マイクロメートルほど、１００マイクロメートルほど、１ｍｍほど、１０ｍｍほど、または１００ｍｍほどである場合があり、そのラインの最大の幅と同じ長さである。強度をラインの長さに沿って調整することができるのみならず、ラインの幅を横切るようにも調整することができる別の実施形態では、ピクセルの長さは、ラインの最大の幅より小さい場合がある。ピクセルは、１マイクロメートルほどの長さ、１０マイクロメートルほどの長さ、１００マイクロメートルほどの長さ、１ｍｍほどの長さ、１０ｍｍほどの長さ、または１００ｍｍほどの長さである場合がある。そのようなラインの積層面上に投射される総出力は、１Ｗほど、１０Ｗほど、１００Ｗほど、１０００Ｗほど、１０、０００Ｗほど、１００、０００Ｗほど、または１、０００、０００Ｗほどである場合がある。そのようなラインの積層面に対する走査速度は、１ｍｍ／ｓほど、１０ｍｍ／ｓほど、１００ｍｍ／ｓほど、１ｍ／ｓほど、１０ｍ／ｓほど、１００ｍ／ｓほど、または１０００ｍ／ｓほどである場合がある。材料を加工することが可能な全てのタイプのレーザをライン投射に使用することができ、これに限定するものではないがガスレーザ（例えば一酸化炭素レーザおよび二酸化物レーザ）、化学レーザ（例えばＣＯＩＬレーザおよびＡＧＩＬレーザ）、色素レーザ、固体レーザ、とりわけバルクレーザおよびファイバレーザ（例えばＮｄ:ＹＡＧ、ＮｄＣｒＹＡＧ、Ｅｒ:ＹＡＧ)ならびに半導体レーザ（例えばＧａＮ）などである。
【００３８】
［0061］  積層面は、任意の好適な形状を有する場合があることを理解されたい。平均の幅は、１０ｍｍほど、１００ｍｍほど、１ｍほど、または１０ｍほどの場合がある。平均の長さは、幅と異なってよく、１０ｍｍほどの幅、１００ｍｍほどの幅、１ｍほどの幅、１０ｍほどの幅、または１００ｍほどの幅の場合がある。
【００３９】
［0062］  ３Ｄの部位を形成するためにレーザによって処理するために、金属、セラミック、ポリマー、合金および複合体など種々の材料を積層面に適用することができる。金属は本明細書では、これに限定されるものではないが、ステンレス鋼（例えば３１６Ｌおよび１７−４）、建築用鋼材（例えばマルエージ鋼３００）、軽量金属および合金（チタン、アルミニウム、およびアルミニウムとリチウムの合金）、超合金（例えばニッケルベースの合金、例えばインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）およびハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ））、硬質で耐火性の金属（例えばタングステンおよびモリブデン）、貴金属（例えば金）、伝熱性および導電性金属（例えば銅および銀）などを指す場合がある。セラミックは本明細書では、これに限定されるものではないが、金属原子、メタロイド原子または非金属原子から成る無機の非金属固体を指す場合がある。例は、炭化物、窒化物およびホウ化物（例えばタングステンとチタンの炭化物、窒化ケイ素および炭化ケイ素ならびに窒化ホウ素）ならびに酸化アルミニウム、酸化亜鉛およびジルコニアなどの酸化物である。ポリマーは本明細書では、これに限定するものではないがホトポリマー、熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性ポリマーを指す場合がある。
【００４０】
［0063］  材料が粉末として積層面に塗布されるケースでは、そのような粉末粒子は様々なサイズ、サイズ（および平均サイズ）分布ならびに様々な幾何学形状である場合がある。粉末のサイズ（および平均サイズ）分配は、１〜１０００ナノメートル、１〜１００マイクロメートル、１０マイクロメートルから１ｍｍまで及ぶ場合がある。加えて、ナノ構造体がそのような粉末に加えられる場合があり、すなわち母材は粉末であり、第２の材料は、１〜１００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの寸法を有する、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはナノ粒子などのナノ構造である。ナノ粒子はそのサイズに起因して抑制された溶解温度／焼結温度を有する場合があるが、それにも関わらずこのようなナノ構造体は、粉末の母材と必ずしも材料が異なる必要はない。
【００４１】
［0064］  本教示を種々の実施形態および実施例と併せて説明してきたが、本教示はそのような実施形態または実施例に限定されることは意図されていない。反対に本教示は、当業者によって理解されるように種々の代替形態、修正形態および等価物を包含している。したがって前述の記載および図面は、単なる一例である。
【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３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
2018524476.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月13日(2018.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の層を、レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップであって、前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回が概ね線形状を有するライン投射であり、前記ライン投射が、各々が前記ライン投射の長さより短い長さを有する２つ以上の線形のレーザエネルギー熱源を重ね合わせることによって行われるステップと、
前記材料の層を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、前記材料の層の少なくとも一部分を溶融させるステップと、
前記材料の層の前記一部分を所望される形状に溶融させるために前記材料の層に対する前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を移動させるステップと
を含む付加製造のための方法。
【請求項２】
前記ライン投射の強度が、前記ライン投射の長さに沿って一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を移動させる間、前記ライン投射の長さと幅の少なくとも一方を変化させるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射の少なくとも１回がドット投射である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を前記材料の層に対して移動させる間、前記ドット投射を前記ライン投射に対して移動させるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記材料の層の前記ライン投射への暴露が、前記材料の層少なくとも一部分を前記材料の層の溶解温度を下回る第１の温度まで加熱し、前記材料の層の前記ドット投射への暴露が、前記材料の層の前記一部分を前記材料の層の前記溶解温度より高い第２の温度まで加熱する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ライン投射の長さと、前記ライン投射の幅の少なくとも一方に沿って前記ライン投射の強度を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射が前記材料の層に対して移動される際、前記ライン投射の強度が所望されるパターンに従って調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ライン投射に暴露される領域のおよそ５０％未満が、前記材料の層の溶解温度を上回る温度まで加熱されるように、前記ライン投射の強度が調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ライン投射に暴露される領域のおよそ２５％からおよそ７５％が前記材料の層の溶解温度を上回る温度まで加熱されるように、前記ライン投射の強度が調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料の層に対してレーザエネルギーの所望される二次元パターンを送達するために、前記ライン投射の強度の調整を前記材料の層に対する前記ライン投射の移動と連携させるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記二次元パターンが、ゼブラパターンとチェッカー盤パターンの少なくとも一方である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ライン投射の強度が、回折格子ライトバルブと、平面ライトバルブ調整器の少なくとも一方を利用して調整される、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料の層の一部分を溶融させるステップが、前記材料の層の一部分を熔解させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記材料の層が、粉末、材料のシートおよび繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記粉末が、金属粉末、セラミック粉末および高分子粉末のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記材料の層がさらに、粉末と混合されたナノ構造体を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノ構造体が、フラーレン、カーボンナノチューブおよびグラフェンシートのうち少なくとも１つを含む炭素ベースのナノ構造体である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記粉末が、０．０１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記粉末が、１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記粉末が、１０マイクロメータから１ｍｍの間のサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記材料の層を積層面上に設けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記材料の層を設けるステップが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システム、または押し出しノズルのうちの少なくとも１つによって前記材料の層を堆積させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料の層の少なくとも１つの特性を計測するステップと、計測した前記少なくとも１つの特性に基づいて前記１回または複数回のレーザ投射の強度と、前記１回または複数回のレーザ投射の移動の少なくとも一方を調節するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記材料の層の前記少なくとも１つの特性が、光学カメラ、光学距離センサ、赤外線センサ、赤外線カメラ、アコースティックエミッションセンサ、Ｘ線放出センサまたは超音波放出センサのうちの少なくとも１つによって計測される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の温度である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の高さである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
第１の溶解温度を有する第１の材料と、前記第１の溶解温度を超える第２の溶解温度を有する第２の材料とを有する材料の層を積層面上に設けるステップと、
前記第１および第２の材料をレーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するステップであって、前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射のうちの少なくとも１回は、概ね線形状を有するライン投射であり、前記第１および第２の材料の前記レーザエネルギーの投射への暴露は、前記第１および第２の材料を、前記第１の溶解温度を超え、かつ前記第２の溶解温度を下回る温度まで加熱するステップと、
前記第１および第２の材料を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露することによって、前記第１の材料の少なくとも一部分を溶融させるステップと
を含む、付加製造のための方法。
【請求項２９】
前記第１および第２の材料が、所望される形状と、所望される組成のうちの少なくとも一方に従って前記積層面上に配置される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の材料が、金属粉末、セラミック粉末および高分子粉末のうちの少なくとも１つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の材料が金属粉末を含み、前記第２の材料がセラミック粉末を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射を前記材料の層に対して移動させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
第１および第２の材料の少なくとも一方がナノ構造体を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノ構造体が、フラーレン、カーボンナノチューブおよびグラフェンシートを含む炭素ベースのナノ構造体である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記１および第２の材料の少なくとも一方が、０．０１マイクロメータから１００マイクロメータの間のサイズを有する粉末粒子を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記粉末が、１から１００マイクロメータの間のサイズを有する粒子を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記粉末が、１０マイクロメータから１ｍｍの間のサイズを有する粒子を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記材料の層を前記積層面上に設けるステップが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システムまたは押し出しノズルのうちの少なくとも１つによって前記材料の層を堆積させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１および第２の材料が前記積層面上に別々に堆積される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記材料の層の少なくとも１つの特性を計測するステップと、計測した少なくとも１つの特性に基づいて前記１回または複数回のレーザ投射の強度の少なくとも１つを調節するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記材料の層の少なくとも１つの特性が、光学カメラ、光学距離センサ、赤外線センサ、赤外線カメラ、アコースティックエミッションセンサ、Ｘ線放出センサまたは超音波放出センサのうちの少なくとも１つによって計測される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの特性が、前記第１および第２の材料の少なくとも一方の温度である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記少なくとも１つの特性が前記材料の層の高さである、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
積層面と、
前記積層面上に材料の層を堆積させるように構成された材料堆積システムと、
前記材料の層をレーザエネルギーの投射に暴露するように構成されたレーザエネルギーの熱源であって、前記材料の層の前記レーザエネルギーの投射への暴露が、前記材料の層の少なくとも一部分を溶融させ、前記レーザエネルギーの各熱源が概ね線形状を有するライン投射を形成するように構成され、前記ライン投射が、各々が前記ライン投射の長さより短い長さを有する線形のレーザエネルギー熱源を重ね合わせることによって行われるレーザエネルギーの熱源と
を備える付加製造のための装置。
【請求項４５】
前記積層面がチャンバ内に封入される、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記チャンバが制御された大気を有する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記材料堆積システムが前記チャンバ内に封入される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
前記レーザエネルギーの熱源が、前記チャンバの外側に配置され、前記レーザエネルギーが、前記チャンバの一面にある窓を通って通過する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４９】
前記材料堆積システムが、粉末散布システム、インクジェット堆積システム、電気−流体力学堆積システムまたは押し出しノズルのうちの少なくとも１つを備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５０】
前記材料堆積システムが、金属材料、セラミック材料、重合体材料および液体材料のうちの少なくとも１つを堆積させるように構成される、請求項４４に記載の装置。
【請求項５１】
前記積層面が、前記レーザエネルギーの熱源に対して移動可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５２】
ドット投射を形成するように構成された少なくとも１つのレーザ熱源をさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５３】
レーザエネルギーの熱源に対応付けられた強度調整器をさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５４】
前記強度調整器が、回折格子ライトバルブと平面ライトバルブ調整器の少なくとも一方を備える、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
第２の積層面をさらに備え、前記レーザエネルギーの１つまたは複数の熱源が、前記積層面と第２の積層面の各々の上にある材料を前記レーザエネルギーの１回または複数回の投射に暴露するように構成され、前記第２の積層面が、前記第１の積層面に対して移動可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５６】
前記レーザエネルギーの熱源に対応付けられ、前記積層面に対する前記レーザエネルギーの投射の位置を調節するように構成されたミラーベースシステムをさらに備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項５７】
前記層の少なくとも一部分を、未調整のライン投射によって前記材料の層の前記溶解温度を下回る第１の温度まで加熱し、前記材料の層の前記一部分を、調整されたライン投射によって前記材料の層の前記溶解温度より高い第２の温度まで加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５８】
前記層の少なくとも一部分を、記材料の層の前記溶解温度を下回る第１の温度まで加熱するように構成された未調整のライン投射と、前記材料の層の一部分を前記材料の層の前記溶解温度より高い第２の温度まで加熱するように構成された調整されたライン投射とをさらに含む、請求項４４に記載の装置。
【国際調査報告】
2018524476.tif 000025
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