(57)【要約】      （修正有）【課題】製造される物体の品質を低下させずに固化されるべき領域のエネルギー線での走査のために必要な時間を短縮すること【解決手段】造形室１０を含む装置中で立体物体を積層式に製造する方法において、前記造形室１０は高さ調節可能な造形プラットフォーム６と、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム上に塗工する装置７と、照射装置とを有し、前記照射装置は前記電磁放射線を発する放射源１と、制御ユニット３と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系８と含み、前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は前記電磁放射線により非線形に走査される、立体物体を積層式に製造する方法。【選択図】図１
2013169796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形室（１０）を含む装置中で立体物体を積層式に製造する方法において、前記造形室（１０）は高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置と、照射装置とを有し、前記照射装置は前記電磁放射線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系（８）と含み、前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は前記電磁放射線により非線形に走査される、立体物体を積層式に製造する方法。
【請求項２】
前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、運動平面中で２つの運動成分を有する運動により、前記電磁放射線により走査されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、周期的振動の形で、電磁放射線により走査されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、回転運動と並進運動とを重ね合わせた形で、電磁放射線により走査されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法により製造される立体物体。
【請求項６】
立体物体を積層式に製造する装置であって、前記装置は造形室（２２）を有し、前記造形室（２２）は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（２５）と、電磁放射線の作用により固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（２５）上に塗工する装置（２３）と、前記物体（２６）に対応する層の箇所を照射するための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁放射線を発する放射源（１７）と、制御ユニット（２０）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系（２１）とを有する、立体物体を積層式に製造する装置において、前記装置は可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）を光路中に有し、前記素子（１９）が前記電磁放射線を変向することを特徴とする、立体物体を積層式に製造する装置。
【請求項７】
前記光学的に作用する素子が、可動式に支持された楔型プリズムであることを特徴とする、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物体を積層式に製造するために粉末粒子を溶融／焼結させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロトタイプの迅速な準備は、最近しばしば課せられる課題である。それを可能にする方法は、ラピッド・プロトタイピング／ラピッド・マニュファクチュアリング又はアディティブ・ファブリケーション法とも呼ばれている。特に適しているのは、粉末状の原材料を基礎として加工し、この際、積層式に、選択的な溶融及び固化によって所望の構造体を製造する方法である。その場合、オーバーハング部及びアンダーカット部での支持構造を省くことができる、それというのも、この溶融される領域を取り囲む造形フィールド平面が、十分な支持作用を提供するからである。同様に、支持を取り除くための後加工は不要となる。前記方法は、小規模生産の製造にも適する。造形室温度は、造形プロセスの間に、積層式に製造された構造物の歪みが起きないように選択される。
【０００３】
ラピッド・プロトタイピングためにとりわけ良好に適した方法は、選択的レーザー焼結（selektive Laser-Sinter；SLS）である。この方法では、プラスチック粉末がチャンバ内で選択的に短時間、レーザー光線で露光され、これにより、レーザー光線に当たる粉末粒子が溶融する。それらの溶融した粒子同士は互いに溶け合い、そして迅速に凝固して再びひとかたまりの固体となる。常に新しく設けられた層を繰り返し露光することにより、この方法を用いて、立体物体を簡単かつ迅速に製造することができる。
【０００４】
粉末状のポリマーから成形体を製造するためのレーザー焼結（ラピッド・プロトタイピング）の方法は、特許文献１及び特許文献２（両方ともDTM Corporation）に詳しく説明されている。多くのポリマー及びコポリマー、例えばポリアセテート、ポリプロピレン、ポリエチレン、イオノマー及びポリアミドがこの用途のために特許の保護が請求されている。
【０００５】
このような装置の座標系は、通常ではこの場合に、造形フィールド平面中のｘ座標が粉末塗工装置の走行経路に対して平行に延びるように定義される。このｙ座標は、造形フィールド平面中で粉末塗工装置の走行経路に対して垂直方向にある。このｚ座標は造形フィールド平面に対して垂直方向にある。
【０００６】
この場合に、選択的に固化されるべき面は、公知の方法及び装置の場合に、直線の線路の形で一行ずつ（ｘ軸方向）又は一列ずつ（ｙ軸方向）電磁放射線（省略してエネルギー線）で走査される。特許文献３からは、更に、ｘ，ｙ平面内で所定の角度での直線的推移が公知である。
【０００７】
直線的に平行に延びる線路の形のこの露光ラインは、固化されるべき面の外側の端部により区切られる。これらの行又は列の間の距離は調節可能である。このエネルギー線は、通常では、エネルギー線の焦点ができる限り造形フィールド平面中にあるように形成される。製造されるべき物体の表面を改善するために、しばしば、エネルギー線で固化されるべき面の輪郭が走査される。この領域をエネルギー線で走査するために必要な時間は、主にこのエネルギー線の走行速度及び個々の行又は列の間の間隔により決定される。従って、このプロセスを速めるために、エネルギー線の走行速度を高め及び／又は行又は列の間の間隔を広くすることが容易に想定される。このエネルギー線の走行速度は、任意に高めることはできない、それというのも著しすぎる加速又は遅延の場合、スキャナーシステムのミラーはもはや正確な位置決めをできないためである。この場合に製造された物体は縁部が平滑ではない。露光ラインの間の間隔も、任意に拡げることができない、それというのも所定の間隔から、個々の露光ラインの間の結合がもはや不十分となるためである。この場合、製造された物体の機械特性値は悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】US 6136948
【特許文献２】WO 96/06881
【特許文献３】DE 10233389 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、製造される物体の品質に関する低下を被る必要がなく、固化されるべき領域のエネルギー線での走査のために必要な時間を短縮することができる、立体物体の改善された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の主題は、造形室（１０）を含む装置中で立体物体（成形体）を積層式に製造する方法において、前記造形室（１０）は高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置（７）と、照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁放射線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系（８）とを含み、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層は、非線形で、つまり直線でないライン（露光ライン又は走査ライン）で前記電磁放射線により走査される前記方法である。従って、この場合に前記ラインは平行には延びていない。
【００１１】
意外にも、エネルギー線が固化されるべき面を非線形（平行でない）に走査する場合、つまり、露光ラインが非線形であるように露光ラインを選択する場合に、電磁放射線源の放射で固化されるべき面を走査する時間を速めることができることが見出された。この電磁放射線の非線形の走査は、好ましくは、可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）によって実現される。
【００１２】
露光ラインとは、本発明の意味範囲で、造形フィールド平面（４）中での電磁放射線の放射により走査される領域であると解釈される。
【００１３】
本発明による方法を実施するために、一般に造形室（１０）中に、高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）を降下させ、装置（７）を用いて、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する。この材料の加熱後に、この材料は電磁放射線を発する放射源（１）を用いて所望の箇所で選択的に溶融又は焼結される。制御ユニット（３）及びこの電磁放射線の光路中に存在するレンズ（８）によって、この電磁放射線の焦点を造形フィールド平面（４）内の相応する箇所に変向する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】立体物体の製造のための装置の基本構造を示す。
【図２】先行技術による固化されるべき面の走査方法を示す。
【図３】先行技術による固化されるべき面の走査方法を示す。
【図４】本発明による固化されるべき面の走査方法を示す。
【図５】本発明による立体物体を積層式に製造する装置を示す。
【図６】本発明の１実施態様を示す。
【図７】非線形の露光ラインを示す。
【図８】非線形の露光ラインを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、立体物体の製造のための装置の基本構造を示している。この造形部品は造形フィールドの中心に位置決めされる。レーザー（１）から、レーザー光線（２）がスキャンシステム（３）によってレンズ（８）を通して、形成されるべき物体（５）の、温度調節されかつ不活性化（好ましくは窒素で不活性化）された粉末表面（４）に向けられる。その際、このレンズは残りの光学コンポーネント、例えばスキャナーのミラーと造形室雰囲気とを隔てるという機能を有する。しばしば、該レンズは、全作業野にわたってできる限り一様なフォーカスを保証するためにＦθレンズ系として構成される。造形室の内部に、固化されるべき材料を造形プラットフォーム（６）に塗工するための塗工装置（７）が存在する。
【００１６】
図２及び３には、先行技術による固化されるべき面の走査方法が示されている。この電磁放射線の放射は露光ラインが直線的線路であり、この線路は固化されるべき面の端部（１２，１４）で区切られるように制御される。全体として、電磁放射線の放射は運動方向に向かって照射されるべき表面上を直線的に案内され、つまりこの運動はこの運動平面中で１つの運動成分を有するだけである。この露光ラインは、ｘ軸方向（１１）又はｙ軸方向（１３）に延びる。しばしば、この露光ラインの方向は一層ずつ交互に変更され、つまり、まず１つの層はｘ軸方向に走査され、その上にある層は次いでｙ軸方向に走査される。
【００１７】
図４に、固化されるべき面を走査する本発明による方法が例示的に示されている。電磁放射線の放射は、造形フィールド平面上の、固化されるべき面の縁部（１６）により区切られる露光ラインが非線形（１５）であるように制御される。従って、照射されるべき表面は、電磁放射線によって運動平面中で２つの運動成分を有する運動の形で走査され、つまり、この放射は、造形フィールド平面に対して、ｘ，ｙ平面中で角度を連続的に変化させながらｘ軸方向にもｙ軸方向にも運動する。
【００１８】
直線ではないこのラインはｎ次のスプラインの形を有することができる。ｎ次のスプラインは、それぞれ最高でｎ次の多項式から構成される関数である。好ましくは、この露光ラインは、周期的振動の形を有し、その際、本発明の範囲内で、全ての形の振動、例えば矩形波振動、正弦波振動又は三角波振動又はこれらからなる混合波形が周期的振動であると解釈される。
【００１９】
図７に、このような非線形の露光ラインが示されている。この露光ライン（３１）は、固化されるべき面の縁部により区切られている仮想線路（３２）を中心に振動する。これは、特に線形であることもできる送り方向の１つの運動成分と、この第１の運動成分に対して垂直の第２の運動成分とを有する運動を生じる。
【００２０】
好ましくは、電磁放射線の放射は、この仮想線路を中心に振動し、つまり、送り方向で仮想線路の間隔の少なくとも２０％でかつ最大で５００％の振幅を有する運動成分である。特に好ましくは、電磁放射線の放射は、仮想線路を中心に、仮想線路の間隔の少なくとも４０％でかつ最大で４００％の振幅で振動する。さらに特に好ましくは、電磁放射線の放射は仮想線路を中心に、この仮想線路の間隔の少なくとも５０％でかつ最大で３００％の振幅で振動する。電磁放射線の放射の振動周波数は、少なくとも２０Ｈｚである。好ましくは、電磁放射線の放射の振動周波数は、少なくとも５０Ｈｚである。特に好ましくは、電磁放射線の放射の振動周波数は、少なくとも１００Ｈｚである。
【００２１】
他の有利な実施態様の場合に、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層は、回転運動と並進運動とを重ね合わせた形で電磁放射線により走査されてもよい。従って、この露光ラインは、特に線形であることができる送り方向に向かう及び対向する第１の運動成分と、第１の運動成分に対して垂直方向の第２の運動成分とを有する運動から生じる。図８は、上記の実施態様の例を示す。この露光ライン（３３）は、この場合、仮想線路（３４）を中心にサイクロイドの形で案内される。サイクロイド（サイクリック曲線、サイクロイド曲線ともいう）は、円上の点が、円が準線、例えば直線上を回転するときに描く軌跡である。この露光ラインは通常の、短縮された、又は伸長されたサイクロイドを生じることができる。通常のサイクロイドは、円が直線上を回転する場合に生じる。短縮されたサイクロイドは、円の内側にある点の軌跡が考察される場合に生じる。長されたサイクロイドは、それに対して、回転する円の外の点が円と共に動くことを仮定している。周期的振動を記載する際に挙げられた好ましい範囲が、ここでも相応して同様に通用する。
【００２２】
本発明による方法の他の好ましい実施態様の場合に、露光ラインの振幅及び周波数に関するパラメータは走査されるべき面に合わせられる。例えば、非線形の露光ラインは、造形部品の特別な機械特性を達成するために互いにずらすことが考えられる。
【００２３】
本発明の他の主題は、造形室（２２）を含む、立体物体を積層式に製造する装置であって、前記造形室は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（２５）と、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（２５）上に塗工する装置（２３）と、物体（２６）に対応する層の箇所を照射するための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁放射線を発する放射源（１７）と、制御ユニット（２０）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ／レンズ系（２１）とを有する、立体物体を積層式に製造する装置である（図５）。光路中には、更に可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）が存在し、この素子（１９）は前記電磁放射線を変向することができる。
【００２４】
電磁放射線を変向することができる、可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）とは、ミラー及び変向ユニットの当業者に公知の全ての装置であることができ、特に楔型プリズムである。楔型プリズムは、一般にレーザー光線を変向するために使用される。多様な楔型プリズムが多様な変向角のために選択され、必要な場合には組み合わせることもできる。特に回転により、この放射がこの楔型プリズムの回転時に円を描くように放射を変向することができる。楔型プリズムの相応して高い回転数の場合に、この放射の極めて迅速な円形の変向が可能である。これは本発明による範囲内で非線形の運転法において特に好ましい。
【００２５】
この光学的に作用する素子、特に楔型プリズムの位置決め及び配向を制御することができる。図６に、例示的に１つの実施態様が示されている。エネルギー線（２８）は、可動式に支持された光学的に作用する素子（２９）、この場合に楔型プリズムにより変向される。この楔型プリズムは回転対称軸を中心に回転する。この楔型プリズムの取り付け部（３０）は、この楔型プリズムが所望の変向に相応して動くことができるように形成されている。複数の光学的に作用する素子の組合せも可能である。同様に、必要な変向に応じて、必要な光学的に作用する複数の素子を旋回させて光路内へ入れるかもしくは光路から出すこともできる。好ましくは電磁放射線の変向は１０°未満である。特に好ましくはこの変向は５°未満である。更に特に好ましくは、この変向は１°未満である。
【００２６】
基本的に、当業者に公知のあらゆるポリマー粉末が、本発明による装置もしくは本発明による方法で使用するのに適している。適しているのは、特に熱可塑性樹脂及び熱弾性樹脂、例えばポリエチレン（ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド、ポリエステル、ポリエステルエステル、ポリエーテルエステル、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリアルキレンテレフタレート、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリアリールエーテルエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＥＫ）もしくはポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリーレンスルフィド、特にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリフッ化ビニリデン並びに前記熱可塑性樹脂のコポリマー、例えばポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）／ポリアリールエーテルスルホン（ＰＡＥＳ）コポリマー、混合物及び／又はポリマーブレンドである。特に好ましくは、ポリマー粉末は、少なくとも１種のポリアミド又はポリエーテルケトン、特にＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ６１０、ＰＡ６１３、ＰＡ１０１０、ＰＡ１０６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ１０１２、ＰＡ１０１３又はこれらの混合物、殊にポリアミド１２、ポリアミド６、ポリアミド６．６、又はＰＥＥＫを含み、その際、上述のポリアミドが特に好ましい。
【００２７】
更に、例えば鉄、チタン又はアルミニウムを含むか又はこれらからなる金属粉末又はセラミック粉末が適している。好ましくは、ポリマー粉末が使用される。
【００２８】
作業においては、まず、一般には、コンピュータにおいて、構築プログラムなどに基づき、製造されるべき物体（５）の形状に関するデータを作成もしくは保存する。これらのデータは、物体の製造のために、該物体を、物体の寸法に比して薄い多数の水平な層で分割し、そして形状データが、例えばデータセットの形で、例えばＣＡＤデータの形で、前記の多数の層それぞれについて用意されるように処理する。各層についてのデータの作成及び処理は、その際、各層の製造前に又は各層の製造と同時に行うことができる。
【００２９】
引き続き、まず、造形プラットフォーム（６）は、高さ調節装置によって最も高い位置に動かされ、そこでは造形プラットフォーム（６）の表面は造形室の表面と同一平面にあり、引き続き第１の材料層の予定された層厚の分だけ下降させることで、生じた凹陥部の内側に、側方がこの凹陥部の壁部で区画され、かつ下方が造形プラットフォーム（６）の表面で区画されている下降した領域が形成される。例えば、塗工装置（７）によって、続いて、固化されるべき材料の第一の層を、予定された層厚で、前記凹陥部と造形プラットフォーム（６）とによって形成される中空部もしくは下降した領域中に導入し、場合により加熱によって好適な作業温度にまで、例えば１００℃〜３６０℃、好ましくは１２０℃〜２００℃、特に好ましくは１４０℃〜１６０℃にまで加熱する。それに従って、制御ユニット（３）は、偏向装置を、偏向された光線（２）が順次、層の全ての位置に当たり、そこで材料を焼結もしくは溶融するように制御する。このようにして、まず、固い基礎層を形成することができる。第二段階においては、造形プラットフォーム（６）を、高さ調節装置を用いて、ある層厚分だけ下降させ、そして塗工装置（７）によって、それにより生ずる下降した領域中の凹陥部内に、第二の材料層を導入して、場合により再びヒータによって加熱する。
【００３０】
一実施形態において、偏向装置は、今回は、制御ユニット（３）によって、偏向された光線（２）が、凹陥部の内表面に接する材料層の領域にのみ当たり、そこで該材料層が焼結によって固化され、それにより、前記層の残留する粉末形の材料を完全に取り囲む、約２〜１０ｍｍの壁厚を有する第一のリング状の壁層が生ずるように制御してよい。この制御の部分は、それゆえ、形成されるべき物体（５）を取り囲むコンテナ壁部を、各層における物体の形成と同時に作成する装置を表す。
【００３１】
造形プラットフォーム（６）を後続の層の層厚分だけ下降させ、材料を塗工し、そして前記と同様に加熱した後に、ここで物体（５）の製造自体を開始できる。このために、制御ユニット（３）は、偏向装置を、偏向された光線（２）が、制御ユニットに記憶された製造されるべき物体（５）の座標に相応して固化されるべき層の位置に当たるように制御する。他の層の場合にも同様の措置をとる。リング状の壁部領域を、物体を残留する焼結されていない材料と一緒に取り囲みかつ造形プラットフォーム（６）を作業台の下方へ降下させる際に材料の流出を抑制するコンテナ壁部の形に製造することが好ましい場合には、全ての物体層において前記偏向装置を用いて環状の壁層をその下にある環状の壁層上に焼結させる。EP 1037739に相応する交換コンテナ又は強固に導入されたコンテナを使用する場合この壁部の製造は省くことができる。
【００３２】
冷却後に、形成された物体を装置から取り出すことができる。
【００３３】
本発明による方法で製造された立体物体は、同様に本発明の対象である。
【００３４】
更なる説明をしなくても、当業者は、上述の記載内容を最も広い範囲で利用できることを前提としている。従って、好ましい実施態様及び実施例は、単に記述しただけの開示であり、決して何か制限する開示とは解釈されない。
【００３５】
以下に、本発明を、実施例をもとに詳細に説明する。本発明のその他の実施形態は、同様にして取得される。
【実施例】
【００３６】
この実施例は、他に記載がない限り次の記載に相応して加工される。造形室（１０）を１２０分間にプロセス温度にする。造形フィールド平面の中央の温度を、造形室温度／プロセス温度として定義する。第一の露光前に、４０層の粉末を塗工する。レーザー（１）から、レーザー光線（２）を、スキャンシステム（３）を用いてレンズ（８）を通して、温度調節されかつ不活性化（Ｎ2）された造形フィールド平面（４）に変向させる。
【００３７】
露光されるべき造形部品は、造形フィールド（Baufeld）の中央に配置される。１７０ｍｍ×６０ｍｍの寸法の長方形の面（５）をレーザーによって溶融もしくは焼結させる。次いで、造形プラットフォーム（６）を０．１５ｍｍだけ下降させ、塗工装置（７）によって新たな粉末層を１００ｍｍ／ｓの速度で塗工する。この段階を、４ｍｍの高さの立体造形部品が生じるまで繰り返す。この露光されるべき面は、レーザーにより一層ずつ交互にｘ方向又はｙ方向に走査される。この場合に、長方形の面のレーザー光線での走査のために必要な時間を検知する。露光の完了後に更に４０層を塗工し、その後にＳＬＳ装置のヒータエレメントを遮断し、冷却期間を開始させる。
【００３８】
少なくとも１２時間の冷却時間の後に、造形部品を取り出し、付着した粉末を取り除く。次いでこの造形部品を、それぞれ１７０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの寸法の６つの長方形の造形部品に切断する。この造形部品の機械特性値を、DIN EN ISO 527に従ってZwick Z020（試験速度  ５０ｍｍ／ｍｉｎ、試験速度Ｅモジュラス  １ｍｍ／ｍｉｎ、開始位置でのグリップ長さ  １１５ｍｍ、測定長さ  標準経路  ５０ｍｍ、開始  弾性率測定  ０．０５％、終了  弾性率測定０．２５％）で測定する。
【００３９】
この試験装置は、焦点直径が、造形フィールド平面の高さ及び造形フィールドの中央に関して０．４ｍｍである。レーザー光線の焦点は、造形フィールドの中央でPRIMES GmbH社のFocusMonitorにより、ISO 11146（方法  二次モーメント）に従って計測される。レーザー出力は、ISO 11554よって、Coherent Deutschland GmbH社製のLM-1000を用いて測定し、その際、平均出力で示される。その測定は、２３℃／５０％空気湿度の研究室において実施される。実施例中でのレーザーの出力制御は、１０ｋＨｚのクロック周波数でパルス幅変調（ＰＷＭ）で作業する制御装置によって行う。
【００４０】
粉末材料として、表１に示された特性値を有するポリアミド１２を使用する。
【表１】
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表１：使用した粉末材料
【００４１】
例１（本発明によるものではない）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ２０．６Ｗ、露光ラインの距離  ０．３ｍｍ）。このレーザー光線は、露光ラインが直線的線路であり、この線路は、固化されるべき面の端部で規定されるように制御される。理想的な直線的線路の方向での速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の走査のために平均的に必要な時間は、３０．６秒である。
【００４２】
例２（本発明によるものではない）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ４１．２Ｗ、露光ラインの距離  ０．６ｍｍ）。このレーザー光線は、露光ラインが直線的線路であり、この線路は、固化されるべき面の端部で規定されるように制御される。理想的な直線的線路の方向での速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の走査のために平均的に必要な時間は、１４．９秒である。
【００４３】
例３（本発明によるものではない）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ５５Ｗ、露光ラインの距離  ０．８ｍｍ）。このレーザー光線は、露光ラインが直線的線路であり、この線路は、固化されるべき面の端部で規定されるように制御される。理想的な直線的線路の方向での速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の走査のために平均的に必要な時間は、１１．１秒である。
【００４４】
例４（本発明によるものではない）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ６８．６Ｗ、露光ラインの距離  １．０ｍｍ）。このレーザー光線は、露光ラインが直線的線路であり、この線路は、固化されるべき面の端部で規定されるように制御される。理想的な直線的線路の方向での速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の操作のために平均的に必要な時間は、８．１秒である。
【００４５】
例５（本発明による）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ４１．２Ｗ）。レーザー光線を、スキャナーを用いて、露光ライン（３１）が造形部品の端部により規定される理想的な線路（３２）を中心に０．５ｍｍの振幅及び１００Ｈｚの周波数で案内されるように制御する。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。この直線的線路（露光ラインは前記理想線路を中心に振動する）の間隔は、０．６ｍｍである。露光されるべき平面の走査のために１４．９秒の平均的時間が必要である。
【００４６】
例６（本発明による）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーの光路中に、更に可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）が楔型プリズムの形で存在する。この楔形プリズムは１７４回転／ｓで回転する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ５５Ｗ）。レーザー光線を、露光ライン（３３）が、造形部材の端部により規定される理想的な直線的線路（３４）を中心にサイクロイドの形で案内されるように制御する。このサイクロイドが描く円の直径は、２．１ｍｍである。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。この理想的な線路（露光ラインはこの理想的な線路を中心にサイクロイド状に案内される）の間隔は、０．８ｍｍである。露光されるべき平面の走査のために１１．１秒の平均的時間が必要である。
【００４７】
例７（本発明による）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーの光路中に、更に可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）が楔型プリズムの形で存在する。この楔形プリズムは４００回転／ｓで回転する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ６８．６Ｗ）。レーザー光線を、露光ライン（３３）が、造形部材の端部により規定される理想的な直線線路（３４）を中心にして回転運動と並進運動とが重なった形で案内されるように制御する。回転運動が描く円の直径は２．１ｍｍである。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。この理想的な線路（露光ラインはこの理想的な線路を中心に案内される）の間隔は、１ｍｍである。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の走査のために８．１秒の平均的時間が必要である。
【００４８】
例８（本発明による）
レーザー（ＣＯ2、波長１０．６μｍ）として、Synrad Firestar t100Wを使用する。このレーザーの出力は、Synrad社のUC-2000で制御する。電源としてSynrad社のDC-100 DCを使用する。varioSCAN 60を備えたスキャナーScanlab powerSCAN 50を使用する。レーザーの光路中に、更に可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）が楔型プリズムの形で存在する。この楔形プリズムは４００回転／ｓで回転する。レーザーのエネルギー入力は、６０ｍＪ／ｍｍ2である（レーザー出力  ８９．２Ｗ）。レーザー光線を、露光ライン（３３）が、造形部材の端部により規定される理想的な直線線路（３４）を中心にして回転運動と並進運動とが重なった形で案内されるように制御する。回転運動が描く円の直径は２．１ｍｍである。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。この理想的な線路（露光ラインはこの理想的な線路を中心に案内される）の間隔は、１．３ｍｍである。レーザー光線の送り速度は１１４４ｍｍ／ｓである。露光されるべき平面の走査のために６．２秒の平均的時間が必要である。
【００４９】
表２にはここの例からの造形部品の機械特性値がまとめられている。
【表２】
2013169796.tif 000004
表２
【００５０】
本発明の例５〜８の場合のように露光ラインが非線形の線路として実施される場合、機械特性値において損失を被る必要なしに、同じレーザーエネルギー入力で露光ライン間の間隔を高めることができる。従って、本発明による実施例中で造形部品機械工学において損失なしに露光時間も短縮することができる。
【００５１】
［本発明の実施の形態］
１．  造形室（１０）を含む装置中で立体物体を積層式に製造する方法において、前記造形室（１０）は高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁放射線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置と、照射装置とを有し、前記照射装置は前記電磁放射線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系（８）と含み、前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は前記電磁放射線により非線形に走査される、立体物体を積層式に製造する方法。
２．  前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、運動平面中で２つの運動成分を有する運動により、前記電磁放射線により走査されることを特徴とする、１記載の方法。
３．  前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、周期的振動の形で、電磁放射線により走査されることを特徴とする、１又は２記載の方法。
４．  前記電磁放射線の作用により固化可能な材料の層は、回転運動と並進運動とを重ね合わせた形で、電磁放射線により走査されることを特徴とする、１記載の方法。
５．  １から４までのいずれか１に記載の方法により製造される立体物体。
６．  立体物体を積層式に製造する装置であって、前記装置は造形室（２２）を有し、前記造形室（２２）は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（２５）と、電磁放射線の作用により固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（２５）上に塗工する装置（２３）と、前記物体（２６）に対応する層の箇所を照射するための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁放射線を発する放射源（１７）と、制御ユニット（２０）と、前記電磁放射線の光路中に存在するレンズ系（２１）とを有する、立体物体を積層式に製造する装置において、前記装置は可動式に支持された光学的に作用する素子（１９）を光路中に有し、前記素子（１９）が前記電磁放射線を変向することを特徴とする、立体物体を積層式に製造する装置。
７．  前記光学的に作用する素子が、可動式に支持された楔型プリズムであることを特徴とする、６記載の装置。
【符号の説明】
【００５２】
１，１７  放射源
２，１８  エネルギー線
３，２０  制御ユニット
４，２６  粉末表面
５，２７  物体
６，２５  造形プラットフォーム
７，２３  塗工装置
８，２１  レンズ系
９，２４  オーバーフロー容器
１０，２２  造形室
１１  ｘ軸方向の露光ライン
１２，１４，１６  端部
１３  ｙ軸方向の露光ライン
１５  非線形の露光ライン
１９，２９  素子
２８  エネルギー線
３０  取り付け部
３１，３３  露光ライン
３２，３４  仮想線路
【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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