(57)【要約】  付加製造システムが、複数のレーザ装置を含むレーザアレイを含む。複数のレーザ装置の各レーザ装置は、粉末床内に溶融プールを形成するためのエネルギービームを生成する。付加製造システムはさらに、少なくとも１つの光学素子を含む。光学素子は、少なくとも１つのエネルギービームを受け、少なくとも１つのエネルギービーム内に所定の出力拡散を誘起する。
2020507680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザ装置から成るレーザアレイであって、前記複数のレーザ装置の各レーザ装置は粉末床内に溶融プールを形成するためのエネルギービームを生成するように構成された、レーザアレイと、
前記エネルギービームの少なくとも１つを受け、前記少なくとも１つのエネルギービームに所定の出力拡散を誘起するように構成された光学素子と、
を備える、付加製造システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光学素子は、前記少なくとも１つのエネルギービームにビーム歪を誘起することにより前記所定の出力拡散を誘起するように構成された、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光学素子は、屈折レンズと反射ミラーの内の１つである、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項４】
前記複数のレーザ装置は、ビームスポットパターン長を有する実質的に線形のビームスポットパターンを生成し、前記ビームスポットパターンの各ビームスポットが前記エネルギービームの１つに対応するようにさらに構成された、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項５】
前記所定の出力拡散は、前記ビームスポットパターン長に対して実質的に平行と実質的に垂直の内の少なくとも１つの方向に、ビームスポットの少なくとも１つを引き伸ばす、請求項４に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記所定の出力拡散は前記ビームスポットパターン長に沿って変化する、請求項４に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記所定の出力拡散は、前記ビームスポットパターン長の一部に沿って増加すること、前記ビームスポットパターン長の一部に沿って減少すること、及び、前記ビームスポットパターンの両端で第１の出力拡散を有しかつ前記ビームスポットパターン内で第２の出力拡散を有すること、の内の少なくとも１つによって変化する、請求項６に記載の付加製造システム。
【請求項８】
前記複数のレーザ装置は、ビームスポットアレイ長とビームスポットアレイ幅とを有する２次元ビームスポットアレイを生成し、ビームスポットアレイの各ビームスポットが前記エネルギービームの１つに対応するようにさらに構成された、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項９】
前記所定の出力拡散は、前記ビームスポットアレイ長に対して実質的に平行と前記ビームスポットアレイ幅に対して実質的に平行の内の１つの方向に、ビームスポットの少なくとも１つを引き伸ばす、請求項８に記載の付加製造システム。
【請求項１０】
前記所定の出力拡散は、前記ビームスポットアレイ長と前記ビームスポットアレイ幅のそれぞれに対して、ビームスポットの少なくとも１つを斜めに引き伸ばす、請求項８に記載の付加製造システム。
【請求項１１】
前記ビームスポットアレイは複数のビームスポット列を含み、
前記所定の出力拡散は、前記複数のビームスポット列の第１のビームスポット列内の各ビームスポットを、前記ビームスポットアレイ長と前記ビームスポットアレイ幅のそれぞれに対する第１の斜め方向に、斜めに引き伸ばす、請求項８に記載の付加製造システム。
【請求項１２】
前記所定の出力拡散は、前記複数のビームスポット列の第２のビームスポット列内の各ビームスポットを、前記第１の斜め方向に対して実質的に直交する第２の斜め方向に、斜めに引き伸ばす、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの光学素子に結合された少なくとも１つのアクチュエータを更に含み、前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの光学素子の再配向と再配置の少なくとも１つを行うように構成された、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１４】
複数の光ファイバをさらに備え、各光ファイバは、前記複数のレーザ装置の対応するレーザ装置からのエネルギービームを受けるように構成された、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの光学素子は、前記複数の光ファイバの少なくとも１つの光ファイバの自由端に組み込まれている、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１６】
粉末床に部品を製造する方法であって、
レーザアレイの複数のレーザ装置から複数のエネルギービームを放射し、
前記複数のエネルギービームの内の少なくとも１つのエネルギービームにおいて、光学素子によって出力拡散を誘起し、
前記少なくとも１つの拡散エネルギービームを用いて、少なくとも部分的に溶融プールを生成する、
ことを含む、方法。
【請求項１７】
前記複数のエネルギービームの少なくとも１つのエネルギービームにおいて出力拡散を誘起することが、前記少なくとも１つのエネルギービームにおいてビーム歪を誘起することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数のエネルギービームの放射により、ビームスポットパターン長を有する実質的に線形のビームスポットパターンを生成し、前記ビームスポットパターンの各ビームスポットが前記エネルギービームの１つに対応し、
前記出力拡散の誘起により、ビームスポットアレイ長に対して実質的に平行とビームスポットアレイ幅に対して実質的に平行の内の少なくとも１つの方向に、ビームスポットの少なくとも１つを引き伸ばす、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のエネルギービームの放射により、ビームスポットアレイ長とビームスポットアレイ幅を有する、２次元のビームスポットアレイを生成し、前記ビームスポットアレイの各ビームスポットが前記エネルギービームの１つに対応し、
前記出力拡散の誘起により、前記ビームスポットアレイ長に対して実質的に平行と前記ビームスポットアレイ幅に対して実質的に平行の内の少なくとも１つの方向に、ビームスポットの少なくとも１つを引き伸ばす、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のエネルギービームの放射により、ビームスポットアレイ長とビームスポットアレイ幅と複数のビームスポット列とを有する、２次元のビームスポットアレイを生成し、前記ビームスポットアレイの各ビームスポットが前記エネルギービームの１つに対応し、
所定の拡散を誘起することがさらに、前記複数のビームスポット列の第１のビームスポット列の各ビームスポットを、前記ビームスポットアレイ長と前記ビームスポットアレイ幅のそれぞれに対して第１の斜め方向に斜めに引き伸ばすことと、前記複数のビームスポット列の第２のビームスポット列の各ビームスポットを、前記第１の斜め方向に実質的に直交する第２の斜め方向に引き伸ばすこととを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題は、一般に付加製造システムに関し、より具体的には、レーザアレイを用いて、レーザアレイにより生成されるエネルギービームに出力拡散を誘起して部品を製造する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの付加製造システムは、金属部品を造形して、ネットシェイプ又はニアネットシェイプの部品を作製することを含む。この方法では、低コストかつ高製造効率で、高価な材料から複雑な部品を製造可能である。少なくともいくつかの既知の製造システム、例えば直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムにおいては、高価な高出力レーザ装置と、粉末金属などの粉末材料とを用いて部品が製造される。いくつかの既知の付加製造システムにおいては、過度の熱及び／又は熱変動が溶融プール内の金属粉末に伝達されて、溶融プールに深さ変動を生じさせるために、部品品質が損なわれる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの既知の付加製造システムでは、粉末金属と周囲の部品の固体材料との間の伝導熱移動の変動により部品品質が劣化する。その結果、レーザ装置により生成される溶融プールが深くなり過ぎて、溶融プールが粉末床をより深く貫通して、追加的に粉末を溶融プール内に引き込むことがある。この溶融プール深さの増大により、一般的に部品の表面の仕上がりが劣化することがある。さらには、いくつかの既知の付加製造システムにおいて、表面下の構造と金属粉末との熱伝導率の可変性のために溶融プールが変動することで、部品の寸法精度及び微細構造の解像度が低下することがある。溶融プールの寸法が変化すると、印刷造形される構造の精度が、特に構造の端部において変化する可能性がある。溶融プール特性を制御するためには、通常、レーザ装置と溶融プールの間の熱伝導を制御する必要があり、これには、粉末材料を溶かして溶融プールを形成するための、レーザ装置で生成されるビームスポットの出力密度の制御が含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、付加製造システムが提供される。付加製造システムは、複数のレーザ装置を含むレーザアレイを含む。複数のレーザ装置の各レーザ装置は粉末床内に溶融プールを形成するためのエネルギービームを生成する。付加製造システムはさらに、少なくとも１つの光学素子を含む。光学素子は、少なくとも１つのエネルギービームを受け、少なくとも１つのエネルギービーム内に所定の出力拡散を誘起する。
【０００５】
別の態様においては、粉末床での部品製造方法が提供される。この方法はレーザアレイの複数のレーザ装置から複数のエネルギービームを放射することを含む。この方法はさらに、複数のエネルギービームの内の少なくとも１つのエネルギービームにおいて、光学素子によって出力拡散を誘起し、かつ少なくとも１つの拡散エネルギービームを用いて、少なくとも部分的に、溶融プールを生成することを含む。
【０００６】
本開示のこれら及びその他の特徴、態様、利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより、より理解が深まるであろう。図面全体を通して、同様の部品は同様の数字で表す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】付加製造システムの概略図である。
【図２】図１に示す付加製造システムの動作に使用されるコントローラのブロック図である。
【図３】図１に示す付加製造システムに使用される例示的レーザアレイの概略図である。
【図４】図１に示す付加製造システムに使用される代替レーザアレイの概略図である。
【図５】図１に示す付加製造システムに使用される更に別の代替レーザアレイの概略図である。
【図６】図１に示す付加製造システムに使用される別の代替レーザアレイの概略図である。
【図７】誘起された出力拡散なしの場合の、線形ビームスポットパターン及び対応する出力密度分布の概略図である。
【図８】図７のビームスポットパターンに第１の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第１のビームスポットパターンと、対応する出力密度分布の概略図である。
【図９】図７のビームスポットパターンに第２の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第２のビームスポットパターンの概略図である。
【図１０】図７のビームスポットパターンに第３の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第３のビームスポットパターンの概略図である。
【図１１】図７のビームスポットパターンに第４の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第４のビームスポットパターンの概略図である。
【図１２】誘起された出力拡散なしの場合の、ビームスポットアレイの概略図である。
【図１３】図１２のビームスポットアレイに第１の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第１のビームスポットパターンの概略図である。
【図１４】図１２のビームスポットアレイに第２の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第２のビームスポットアレイの概略図である。
【図１５】粉末床に部品を製造するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
特に明記しない限り、本明細書に提供される図面は本開示の実施形態の特徴を示すことを意図している。これらの特徴は、本開示の１つ又は複数の実施形態を含む多岐にわたるシステムに適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示の実施形態の実行に必要とされる、当業者に周知の従来の特徴をすべて含むことを意図していない。
【０００９】
以下の明細書及び特許請求の範囲において、いくつかの用語が参照され、これは以下の意味を有するように定義されるものとする。
【００１０】
単数形の「１つの」、「この」は文脈が明確にそうでないことを指示しない限り、複数の言及も含む。
【００１１】
「任意選択の」、「任意選択的に」とは、その後に記述される事象又は状況が発生する場合と発生しない場合とがあり、この記述がその事象が発生する事例と、発生しない事例を含むことを意味する。
【００１２】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される近似的用語は、それが関与する基本的機能に変化をもたらさずに、許容範囲で変化し得る任意の定量表現の修飾に適用することができる。したがって、「約」、「近似的に」、「実質的に」などの用語で修飾された値は、特定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似的な用語は値を測定する器具の精度に対応し得る。本明細書及び特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は、組合せ及び／又は交換が可能であり、そのような範囲は特定されて、かつ文脈又は言葉で別段の指示がない限りは、その中のすべての部分範囲を含む。
【００１３】
さらに、本明細書で使用されるように、「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定データを測定及び収集する時、データを処理する時、事象及び環境にシステムが応答する時、の内の少なくとも１つを指す。本明細書に記載の実施形態では、これらの活動と事象は実質的に即時に発生する。
【００１４】
本明細書で使用されている、「プロセッサ」、「コンピュータ」という用語、及び関連する用語の例えば「処理装置」、「コンピュータ装置」、「コントローラ」は、当分野においてコンピュータとして参照される集積回路そのものなどに限定されるのではなく、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を広く指すものであり、これらの用語は本明細書においては互換的に使用される。本明細書に記載の実施形態では、メモリには、これに限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、及びフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、及び／又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた使用することができる。また、本明細書に記載の実施形態では、追加的な入力チャネルが、これに限らないが、マウス及びキーボードなどのオペレータインターフェースに関連するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、これに限らないが、スキャナを含む他のコンピュータ周辺機器もまた使用可能である。さらに、例示的実施形態では、追加の出力チャネルには、これに限らないが、オペレータインターフェースモニタが含むことができる。
【００１５】
本明細書に記載のシステム及び方法は、レーザアレイのレーザにより生成されたエネルギービームを操作して、所望のビームスポットパターンと、そのビームスポットパターンにおける対応する出力密度を生成することを容易にする。したがって、本明細書に記載のシステムと方法は、付加製造プロセス時に広い領域に対して一貫した予測可能な製造を容易にする。具体的には、付加製造システムには、レーザ装置のアレイと、レーザ装置で生成される１つ又は複数のエネルギービームに所定の出力拡散を誘起するように構成された、少なくとも１つの光学素子とが含まれる。レーザアレイはビームスポットパターンを生成し、そこには、これに限らないが、線形ビームスポットパターン又は２次元ビームスポットアレイを含むことができる。所定の出力拡散は、通常、作用されたビームスポットの拡大又は伸長をもたらし、作用されたビームスポットを含むビームスポットパターンの少なくとも一部における出力密度を修正する。そのような修正を使用して、これに限らないが、均一性を向上させ、あるいはビームスポットパターンの一部に所望の出力密度のパターンを生成することができる。そのようなビームスポットパターンは、個々のビームスポットパターンを含むことができ、また、複数のレーザ源を考える場合には集約スポット形状を含むことができる。
【００１６】
例示的実施形態において、例えば所定の出力拡散を誘起することは、操作された光学収差すなわちビーム歪を誘起して、レーザ強度プロファイルを変えることを含む。そのような操作された光学収差には、これに限らないが例えばエネルギービームの非点収差が含まれ、より均一な出力密度を有する引き伸ばされたビームスポットを生成する。以下でより詳細を述べるように、所定の出力拡散は、１つ又は複数のエネルギービームに選択的に導入されて、異なる特性を有する様々なビームスポットパターンの生成を促進する。特定の実施形態では光学素子は、光学素子を再配置及び／又は再配向する光学素子アクチュエータにも結合され、付加製造システムの動作時に、誘起された出力拡散の動的変化を促進する。
【００１７】
図１は、例示的な付加製造システム１０の概略図である。座標系１２にはｘ軸、ｙ軸、ｚ軸が含まれる。例示的実施形態において、付加製造システム１０は、層ごとの製造プロセスによって部品１４を製造するレーザアレイ１００を含む。レーザアレイ１００は、複数のレーザ装置、すなわち発光体１０２を含み、そのそれぞれが、エネルギービーム１０４を介して粉末材料すなわち粉末床２０に溶融プール１５を生成するように構成された、高強度の熱源を提供する。レーザアレイ１００は取付けシステム１８に結合されている。付加製造システム１０は、コンピュータ制御システム、すなわちコントローラ１６も含んでいる。取付けシステム１８はアクチュエータ又はアクチュエータシステム２４によって動かされ、これは取付けシステム１８をＸＹ平面で移動させて、レーザアレイ１００の掃引により部品１４の層の製造を容易にする（すなわち、レーザアレイ１００の走査を必要としない）ようになっている。例えばレーザアレイ１００は、これに限定しないが、中心点を中心に枢動して粉末床２０の粉末の円形部分を覆うか、直線経路、曲線経路を移動するか、及び／又は回転する。あるいは、レーザアレイ１００は、付加製造システム１０が本明細書に記載するような機能を果たすことのできる任意の方向に移動する。
【００１８】
アクチュエータシステム２４はコントローラ１６によって制御され、粉末床２０の周りの所定の経路、例えば、これに限らないが、直線経路及び／又は回転経路などに沿ってレーザアレイ１００を移動させる。あるいは、レーザアレイ１００は静止していて、例えばこれに限らないが、２次元（２Ｄ）走査ガルバノメータ、３次元（３Ｄ）走査ガルバノメータ、ダイナミックフォーカシングガルバノメータ、などの１つ又は複数のガルバノメータ、及び／又はレーザアレイ１００のエネルギービーム１０４の偏向に使用できる他の任意の走査方法によって、エネルギービーム１０４が所定の経路に沿って移動される。
【００１９】
例示的実施形態において、粉末床２０は支持構造２６に取り付けられて、それがアクチュエータシステム２４で移動させられる。取付けシステム１８に関して上に述べたように、アクチュエータシステム２４は支持構造２６をＺ方向（すなわち、粉末床２０の上面に対して直角）に移動させるようにも構成されている。いくつかの実施形態では、アクチュエータシステム２４は支持構造２６をＸＹ平面内で移動させるようにも構成されている。例えば、これに限らないが、レーザアレイ１００が静止している代替実施形態においては、アクチュエータシステム２４が支持構造２６をＸＹ平面内で移動させて、レーザアレイ１００のエネルギービーム１０４を粉末床２０の周りの所定経路に沿って指向させる。例示的実施形態において、アクチュエータシステム２４には、例えば、これに限らないが、リニアモータ、油圧ピストン及び／又は空気圧ピストン、ねじ駆動機構、及び／又はコンベヤシステムが含まれる。
【００２０】
例示的実施形態において、光ファイバ１０８がレーザアレイ１００と部品１４の間に配置される。光ファイバ１０８は、一般的にレーザアレイ１００のレーザ装置１０２からのエネルギービーム１０４を受けて、部品１４上にエネルギービーム１０４を指向させる。光ファイバ１０８のアレイ（すなわち光ファイバ１０８の自由端１１２）、又は光ファイバ１０８の束１１０と、部品１４の最上層３２との間に画定される高さ「Ｈ」は、支持構造２６をＺ方向に移動させて制御される。高さ「Ｈ」は、例えば、これに限らないが、光ファイバ１０８から放射されるエネルギービーム１０４の種類（例えば、エネルギービーム１０４がコリメートされているか、発散しているか、収束しているか、など）、レーザアレイ１００の出力、レーザアレイ１００のパルスエネルギ、及び／又はレーザアレイ１００のパルス幅、などに依存する。より具体的には、高さＨはレーザ装置１０２と関連する光学系を、粉末床２０から上がってくる可能性のある煤や跳ね返りから保護できるように決定される。例示的な実施形態において、光ファイバ１０８の自由端１１２は、粉末床２０の上方に約５ｍｍ（０．１９７インチ）から約１５０ｍｍ（５．９１インチ）の間の範囲に配置され、レーザアレイ１００の作動によって粉末床２０のあらゆる部分が溶融可能となる。
【００２１】
例示的実施形態において、少なくとも１つの光学素子１５０が光ファイバ１０８と部品１４の間に配置される。光学素子１５０は、これに限らないが、１つ又は複数の、円筒レンズなどの屈折レンズと、反射ミラーを含む。一般的にファイバから出射する光は本質的に発散し、レーザビーム１０４を粉末床２０上に収束させるためには何らかの形態の光学系が必要である。したがって、ビーム歪すなわち収差(後でさらに説明する)を付与することに加え、光学素子150は意図したスポット変形を付与するために、レーザビームの収束並びに若干のレンズ整形をするようにさらに構成される。説明のために図ではレーザ装置１０２からの光を１本の鉛筆の線あるいは、光学素子１５０の後は発散する線で示しているが、光学物理から知られるように、レーザビーム１０４はレーザ装置１０２を透過すると実際には広がろうとするものであり、光学素子１５０を使用してそれを粉末床２０上に再収束させるために使用される。したがって、光学素子１５０の主たる役割は放射光を作業面上に小さいスポットとして収束させることである。光学素子１５０は必ずしも球形である必要はなく、むしろ不均一な曲率を有して、Ｘ−Ｙ平面内で程度の異なる収束をさせて、非円形スポットの形成を促進し、１つのスポットが別のスポット上へ広がることを促進する。したがって、レーザビームの収束に加えて、光学素子１５０は通常、１つ又は複数のエネルギービーム１０４に出力拡散を誘起するように構成される。
【００２２】
本開示の目的において、「出力拡散」という用語は一般に、１つのエネルギービーム１０４によって部品１４又は粉末床２０の表面に生成されるビームスポットの出力密度を低減させることを指す。出力密度の低減は、広がりすなわちスミアリングによって達成され、その結果、これに限るものではないが、ビームスポットの伸長とビームスポット面積の増大の１つ又は両方がもたらされる。例示的な実施形態において、光学素子１５０はＸ−Ｙ平面内で不均一な曲率を有し、かつ純粋な円筒形ではないが、少なくとも１つのエネルギービーム１０４に出力拡散を誘起させるように構成された、概ね円筒状のレンズである。より具体的には、光学素子１５０は単なる単一光学素子ではなく、集合的に作用する複数のレンズを含んでもよい。例えば一実施形態において、これに限定されないが、光学素子は、実質的な球面レンズ、すなわちＸ−Ｙ平面内で曲率と焦点距離が実質的に等しいレンズを、その第１のレンズの前又は後に重ねた、一方向にスミアリングを誘起する第２の円筒形レンズと共に使用する。レンズの曲率、屈折率（鏡面でない場合）、及び素子間の距離の全ては、Ｘ−Ｙ平面内での全体システムの実効的焦点距離に寄与する。したがって、特定の構成に拘わらず、光学素子１５０は、例えば、これに限るものではないが、レーザビーム１０４のエネルギービーム１０４に非点収差を含む操作された光学収差を誘起し、より均一な出力密度を有する、引き伸ばされたビームスポットが生成されるようにする。非点収差は一般的に、エネルギービーム１０４の２つの直交軸断面のそれぞれが異なる焦点距離を有する状態を指す。したがって、非点収差を有するビームが、２つの主断面の１つが合焦する焦点距離に投射されるとき、２つの主断面のもう一方は合焦しない。得られる効果として、それぞれの焦点距離において引き伸ばされたビームスポットが生成される。
【００２３】
例示的実施形態において、付加製造システム１０は部品１４の３Ｄ形状の電子表示から部品１４を製造するように動作する。電子表示はコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）又は類似のファイルから生成可能である。部品１４のＣＡＤファイルは層ごとのフォーマットに変換され、そこには部品１４の各層、例えば部品１４の最上層３２に対する複数の造形パラメータが含まれる。例示的実施形態において、部品１４は、付加製造システム１０で使用される座標系の原点に対する所望の方向に電子的に配置される。部品１４の形状はスライスされて所望厚さの層の重なりとされ、各層の形状は、その特定の層の位置における部品１４の断面の外形であるようにされる。個々の層の形状の端から端に亘って１つ又は複数の「ツールパス（ｔｏｏｌ  ｐａｔｈ）」が生成される。部品１４の構築に使用される材料で部品１４のその層を製造するための、造形パラメータが１つ又は複数のツールパスに沿って適用される。このステップを、部品１４の形状のそれぞれの層に対して繰り返す。プロセスが完了すると、全ての層を含む、電子的な１つのコンピュータ造形ファイル（又は複数のファイル）が生成される。造形ファイルは付加製造システム１０のコントローラ１６にロードされて、各層の製造時にシステムを制御する。
【００２４】
造形ファイルがコントローラ１６にロードされると、付加製造システム１０が操作されて、直接金属レーザ溶融法などの層ごとの製造プロセスが実行され、部品１４が生成される。例示的な層ごとの付加製造プロセスでは、既存の物体を最終部品に対する前駆体などとして使用しない。このプロセスでは粉末などの、構成可能な形態の原料から部品１４を生成する。例えば、これに限らないが、スチール部品がスチール粉末を使用して付加製造可能である。付加製造システム１０は部品１４などの部品を、例えば、これに限らないが金属、セラミックス、ガラス、ポリマなどの広範囲の材料を使用して製造可能とする。
【００２５】
図２は、付加製造システム１０（図１に示す）の動作に使用されるコントローラ１６のブロック図である。例示的実施形態において、コントローラ１６は、付加製造システム１０の動作を制御するための、付加製造システム１０の製造者から通常提供される、任意のタイプのコントローラの１つである。コントローラ１６は、少なくとも部分的には人間のオペレータからの命令に基づいて、付加製造システム１０の動作を制御する操作を実行する。コントローラ１６には、例えば、付加製造システム１０で製造される部品１４の３Ｄモデルが含まれる。コントローラ１６で実行される動作には、レーザアレイ１００（図１に示す）のパワー出力の制御と、取付けシステム１８及び／又は支持構造２６のアクチュエータシステム２４による調節が含まれ、それによって、付加製造システム１０内のレーザアレイ１００の走査速度を制御する。
【００２６】
例示的な実施形態では、コントローラ１６にはメモリ装置６０とメモリ装置６０に結合されたプロセッサ６２が含まれる。プロセッサ６２には、これに限るものではないが、例えばマルチコア構成の１つ又は複数の処理ユニットが含まれ得る。プロセッサ６２は、本明細書に記載のようにコントローラ１６を動作可能とする任意のタイプのプロセッサである。いくつかの実施形態においては、実行可能な命令はメモリ装置６０に格納される。コントローラ１６は、プロセッサ６２をプログラムすることによって、本明細書に記載の１つ又は複数の動作を遂行するように構成可能である。例えば、プロセッサ６２は、動作を１つ又は複数の実行可能命令として符号化し、かつメモリ装置６０に実行可能命令を提供することによってプログラムすることができる。例示的な実施形態において、メモリ装置６０は、実行可能命令又は他のデータなどの情報を記憶及び読み出し可能とする１つ又は複数の装置である。メモリ装置６０には、これに限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、半導体ディスク、ハードディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ、又は不揮発性ＲＡＭメモリなどの、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。上記のメモリの種類は単なる例であって、コンピュータプログラムを格納するために使用可能なメモリの種類として限定するものではない。
【００２７】
メモリ装置６０は、これに限らないが、部品１４に関連する造形パラメータを含む、任意の種類のデータを格納するように構成することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ６２はデータの時間経過に基づいて、データをメモリ装置６０から除去すなわち「パージ」する。例えばプロセッサ６２は、後の時点または事象に関連する、以前に記録されて格納されたデータを上書きすることができる。追加又は代替として、プロセッサ６２は、所定の時間間隔を超えるデータを除去することができる。さらに、メモリ装置６０は、これに限らないが、付加製造システム１０により製造中の部品１４の造形パラメータ及び形状状態のモニタを容易にする、十分なデータ、アルゴリズム、及び命令を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、コントローラ１６には、プロセッサ６２に結合された表示インターフェース６４が含まれる。表示インターフェース６４は、付加製造システム１０の動作状態などの情報をユーザ６６へ提示する。一実施形態では、表示インターフェース６４は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＬＥＤ）ディスプレイ、又は「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置（図示せず）に結合されるディスプレイアダプタ（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、表示インターフェース６４は１つ又は複数のディスプレイ装置を含む。追加又は代替として、表示インターフェース６４は、これに限らないが例えばオーディオアダプタやスピーカ（図示せず）などのオーディオ出力装置（図示せず）を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、コントローラ１６には、ユーザ入力インターフェース６８が含まれる。例示的実施形態では、ユーザ入力インターフェース６８は、プロセッサ６２に結合されて、ユーザ６６からの入力を受ける。ユーザ入力インターフェース６８は、これに限定されるものではないが、例えばキーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、これに限定されるものではないがタッチパッド又はタッチスクリーンなどのタッチパネル、及び／又は、これに限定されるものではないが、マイクロフォンなどの音声入力インターフェースを含むことができる。タッチスクリーンのような単一部品が、表示インターフェース６４のディスプレイ装置とユーザ入力インターフェース６８の両方として機能してもよい。
【００３０】
例示的実施形態では、通信インターフェース７０はプロセッサ６２に結合され、レーザアレイ１００などの１つ又は複数の他の装置と通信で結合されて、入力チャネルとして動作するときそのような装置に関連して入出力動作を実行するように構成される。例えば、通信インターフェース７０は、これに限らないが、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、移動体通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、又はパラレル通信アダプタを含むことができる。通信インターフェース７０は１つ又は複数の遠隔装置からデータ信号を受信するか、又は遠隔装置へデータ信号を送信することができる。例えば、いくつかの実施形態において、コントローラ１６の通信インターフェース７０はアクチュエータ２４との間でデータを送受信することができる。
【００３１】
表示インターフェース６４と通信インターフェース７０はいずれも、ユーザ６６又はプロセッサ６２へ情報を提供するなどの、本明細書に記載の方法での使用に適した情報を提供可能である。したがって、表示インターフェース６４と通信インターフェース７０は、出力装置と称することができる。同様に、ユーザ入力インターフェース６８と通信インターフェース７０は本明細書に記載の方法での使用に適した情報を受信可能であり、入力装置と称してもよい。
【００３２】
図３は、付加製造システム１０（図１に示す）のレーザアレイ１００の概略図である。例示的実施形態では、レーザアレイ１００は複数のレーザ装置１０２を含み、そのそれぞれが、粉末材料すなわち粉末床２０（図１に示す）に溶融プール１５（図１に示す）を生成するように構成された高強度熱源を提供する。各レーザ装置１０２はエネルギービーム１０４を放射するように構成されている。レーザアレイ１００はまた、レーザ装置１０２と複数の光ファイバ１０８の間に位置する複数のレンズ１０６を含んでいる。レンズ１０６は、各レンズ装置１０２から放射されるエネルギービーム１０４を各光ファイバ１０８に結合するように構成されている。例示的な実施形態において、光ファイバ１０８はレーザ装置１０２と光ファイバ１０８の自由端１１２との間は束１１０で提供されている。代替実施形態では、レーザアレイ１００には、本明細書で説明するレンズ１０６などの結合光学系を使用しない、レーザ装置が含まれる。自由端１１２と部品１４の間には光学素子１５０が配置されて、エネルギービーム１０４が自由端１１２と部品１４の間を進むときに、エネルギービーム１０４の出力拡散を誘起するように構成されている。例示的な実施形態において、光学素子１５０は、エネルギービーム１０４が光ファイバ１０８と部品１４の間を進むときに、エネルギービーム１０４に操作された光学収差を誘起するように構成された円筒形レンズである。あるいは、光学素子１５０は、これに限らないが上で説明したような構成を含む、本明細書に記載の付加製造システム１０の動作を可能とする任意の構成を有する。
【００３３】
図４は、付加製造システム１０（図１に示す）に使用される代替レーザアレイ４００の概略図である。レーザアレイ４００は複数のレーザ装置４０２を含み、そのそれぞれが、粉末材料すなわち粉末床２０（図１に示す）に溶融プール１５（図１に示す）を生成するように構成された高強度熱源を提供する。各レーザ装置４０２はレーザエネルギを有するエネルギービーム４０４を放射するように構成されている。レーザアレイ４００はまた、レーザ装置４０２と複数の光ファイバ４０８の間に配置された複数のレンズ４０６を含んでいる。レンズ４０６は、各レーザ装置４０２から放射されたエネルギービーム４０４を各光ファイバ４０８に結合させるように構成されている。レーザアレイ４００において、光ファイバ４０８はレーザ装置４０２と光ファイバ４０８の自由端４１２との間に束４１０で提供されている。自由端４１２は光学素子４５０に光学的に結合され、エネルギービーム４０４が自由端４１２から放射されるとき、これがエネルギービーム４０４に出力拡散を誘起するように構成されている。光学素子１５０（図１と図３に示す）に関して上で述べたように、光学素子４５０もまたレーザビーム４０４を収束させるようになっている。
【００３４】
図５は、付加製造システム１０（図１に示す）で使用される別の代替レーザアレイ５００の概略図である。レーザアレイ５００は複数のレーザ装置５０２を含み、そのそれぞれが、粉末材料すなわち粉末床２０（図１に示す）に溶融プール１５（図１に示す）を生成するように構成された高強度熱源を提供する。各レーザ装置５０２はレーザエネルギを有するエネルギービーム５０４を放射するように構成されている。レーザアレイ５００には、レーザ装置５０２のそばに位置して、各レーザ装置５０２から放射されるエネルギービーム４０４を指向させるように構成された、複数のレンズ５０６が含まれている。レーザアレイ１００及びレーザアレイ４００（図３、図４にそれぞれ示す）と比べると、レーザアレイ５００にはレーザ装置５０２と部品１４の間に光ファイバが含まれていない。レーザアレイ５００には、エネルギービーム５０４の一部がレーザ装置５０２と部品１４の間を進むときに、エネルギービーム５０４のその一部分にのみ出力拡散を誘起するように構成された光学素子５５０が含まれる。
【００３５】
図６は、付加製造システム１０（図１に示す）で使用されるさらに別の代替レーザアレイ６００の概略図である。レーザアレイ６００は複数のレーザ装置６０２を含み、そのそれぞれが、粉末材料すなわち粉末床２０（図１に示す）に溶融プール１５（図１に示す）を生成するように構成された高強度熱源を提供する。各レーザ装置６０２はレーザエネルギを有するエネルギービーム６０４を放射するように構成されている。レーザアレイ６００にはまた、レーザ装置６０２のそばに位置して、各レーザ装置６０２から放射されたエネルギービーム６０４を指向させるように構成された、複数のレンズ６０６も含まれている。レーザアレイ６００は複数の光学素子６５０を含み、各光学素子６５０は、各レーザ装置６０２に対応し、エネルギービーム６０４がレーザ装置６０２と部品１４の間を進むときにエネルギービーム６０４に出力拡散を誘起するように構成されている。
【００３６】
レーザアレイ６００では、光学素子６５０は光学素子アクチュエータ６５４に結合された光学素子アレイ６５２として配置されている。光学素子アクチュエータ６５４は、付加製造システム１０の動作時に、１つ又は複数の光学素子６５０を操作するように構成されている。例えば特定の実施形態では、光学素子アクチュエータ６５４は光学素子６５０を全体として操作するように構成されている。他の実施形態では、光学素子アクチュエータ６５４は光学素子６５０の一部にのみ結合されてその部分のみを操作するように構成されている。さらに他の実施形態では、レーザアレイ６００には複数の光学素子アクチュエータ６５４が含まれ、各光学素子アクチュエータが個別に、光学素子アレイ６５２の１つ又は複数の光学素子６５０を操作するように構成されている。
【００３７】
光学素子アクチュエータ６５４は一般的には、１つ又は複数の光学素子６５０の１つ又は複数の配向及び変位を変化させることにより、１つ又は複数の光学素子６５０を操作するように構成されている。変位と配向は、レーザ装置６０２、部品１４、あるいは付加製造システム１０の他の任意の適切な構成要素に相対するものであってよい。光学素子６５０の配向及び／又は位置を変化させることにより、光学素子アクチュエータ６５４はエネルギービーム６０４の出力拡散の動的変更を容易にする。例えば一実施形態において、光学素子６５０は、第１の配向にあるときに第１の出力拡散を生成し、第２の配向にあるときに第２の出力拡散を生成することが可能であり、光学素子アクチュエータ６５４は、光学素子６５０を第１の配向から第２の配向に選択的に変えることができる。他の実施形態では、光学素子アクチュエータ６５４は、光学素子６５０をエネルギービーム６０４の経路から外すように構成されて、エネルギービーム６０４が出力拡散を受けないようにする。さらに他の実施形態では、光学素子アクチュエータ６５４は、第１の光学素子を１つ又は複数の第２の光学素子と交換して出力拡散の変更を容易にするようになっている。
【００３８】
光学素子アクチュエータ６５４の制御を容易にするために、光学素子アクチュエータ６５４は、光学素子アクチュエータコントローラ６５６に通信可能に結合することができる。特定の実施形態では、光学素子アクチュエータコントローラ６５６は、コントローラ１６（図１、図２に示す）に通信可能に結合されて、コントローラ１６から命令を受けるようになっている。代替実施形態では、光学素子アクチュエータコントローラ６５６はコントローラ１６に統合されている。
【００３９】
図７は誘起された出力拡散なしの場合の、線形ビームスポットパターン７００と対応する出力密度分布７０２の概略図である。出力密度分布７０２は、ｘ軸（図１に示す）に対する空間位置の関数としての非干渉性照度（単位面積当たりの出力）として示されている。図１、図３、図７を参照すると、ビームスポットパターン７００が、ビームスポット７０４の参照パターンとして与えられる。より具体的には、ビームスポットパターン７００は、光学素子１５０による出力拡散なしの付加製造システム１０の動作時に、レーザ装置１０２によって生成されるエネルギービーム１０４によって生成されるであろうと思われる、元のままのビームスポットパターンに対応する。出力密度分布７０２に示されるように、各ビームスポット７０４は一般的に各ビームスポット７０４の中心にピーク出力強度７０６を有し、それが各ビームスポット７０４の端で低出力に低下する。したがって、製造プロセス時にレーザアレイ１００が第１の方向７５０に掃引されると、レーザアレイ１００は、低出力強度のギャップ７０８内にある粉末材料を適切に溶融することができない。同様に、レーザアレイ１００が第２の方向７５２に掃引されると、低出力強度のギャップ７０８が溶融プール１５（図１に示す）に望ましくない冷却をもたらす可能性がある。
【００４０】
図８は、ビームスポットパターン７００（図７に示す）に第１の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第１のビームスポットパターン８００と対応する出力密度分布８０２の概略図である。出力密度分布８０２は、ｘ軸（図１に示す）に対する空間位置の関数としての非干渉性照度（単位面積当たりの出力）として示されている。ビームスポットパターン７００（図７に示す）の実質的に円形ビームスポット７０４とは対照的に、ビームスポット８０４は、光学素子１５０（図１、図３に示す）などの光学素子によって促進される出力拡散を受ける。例えば特定の実施形態において、光学素子１５０は各ビーム１０４に操作された光学収差を誘起して、部品１４の表面に引き伸ばされたビームスポット８０４を生成する。出力密度分布８０２に示すように、得られる引き伸ばされたビームスポット８０４の配置により、ビームスポットパターン８００は、ビームスポットパターン７００に比べてビームパターン長８５６全体により均一な出力密度が生成する。したがって、レーザアレイ１００を第１の方向８５０に並進移動させると、ビームスポットパターン８００全体に比較的均一な出力密度が与えられ、それにより近似的に単一の幅の広いビームが得られる。同様にレーザアレイ１００を第２の方向８５２に並進移動させると、ビームスポットパターン７００よりも均一な出力が、ビームスポットパターン８００の長さ全体に得られる。その結果、ビームスポットパターン８００を第２の方向８５２に並進移動さるとより均一な出力照射が得られる。
【００４１】
図９〜図１２は、付加製造システム１０（図１に示す）などの本開示による付加製造装置を用いて生成可能な代替ビームスポットパターンの概略図である。
【００４２】
図９は、図７のビームスポットパターンに第２の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第２のビームスポットパターン９００の概略図である。第２のビームスポットパターン９００を生成するために、光学素子１５０（図１に示す）などの１つ又は複数の光学素子が、ビームパターン長９５６に実質的に垂直な方向にビームスポット９０４を引き伸ばすように出力拡散を誘起する。
【００４３】
図１０は、図７のビームスポットパターンに第３の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第３のビームスポットパターン１０００の概略図である。第３のビームスポットパターン１０００を生成するために、光学素子１５０（図１に示す）などの１つ又は複数の光学素子が、ビームパターン長１０５６を横断して変化する出力拡散を誘起する。より具体的には、１つ又は複数の光学素子が、ビームスポットパターン１０００のビームスポットを、ビームパターン長１０５６に実質的に平行な方向に引き伸ばされた状態から、ビームパターン長１０５６に実質的に垂直な方向に引き伸ばされるように段階的に変化させる出力拡散を誘起する。ビームスポットパターン１０００はさらに、ビームスポット１００４がビームパターン長１０５６の一部に沿って面積を増加させるような、ビームスポット１００４の拡散を示す。代替実施形態では、ビームスポットパターン１０００のビームスポット１００４が、ビームパターン長１０５６に沿って違う形で変化して、これに限らないが、伸び、面積、面積の減少、配向の内の１つ又は複数の変化が含まれる。
【００４４】
図１１は、図７のビームスポットパターン７００に第４の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第４のビームスポットパターン１１００の概略図である。第４のビームスポットパターン１１００を生成するために、光学素子１５０（図１に示す）などの１つ又は複数の光学素子が、ビーム１０４（図１に示す）の１つ又は複数の部分集合に対して出力拡散を誘起する。例えば、ビームスポットパターン１１００では、１つ又は複数の光学要素がビームスポット１１０４のビームスポット部分集合１１０６をビームパターン長１１５６に実質的に平行な方向に引き伸ばす、出力拡散を誘起する。これに対し、端のビームスポット１１０８は出力拡散を受けず、ビームスポット部分集合１１０６よりも高い出力密度を有する。端のビームスポット１１０８の出力密度が高いことにより、ビームスポットパターン１１００は端部をより明確に画定した部品の形成が促進される。代替実施形態では、ビームスポット部分集合１１０６を任意の適切な方向に配向可能であり、これに限定されるものではないが、ビームパターン長１１５６に実質的に垂直な方向及びビームパターン長１１５６に対して斜めの方向が含まれる。
【００４５】
図１２は、励起された出力拡散なしの場合の、ビームスポットアレイ１２００の概略図である。ビームスポットアレイ１２００は、ビームスポット１２０４の参照パターンの例示を意図している。より具体的には、ビームスポットアレイ１２００は、２次元のレーザアレイを有し、光学素子による出力拡散のない付加製造システムによって生成されるような、変形を加えられていないビームスポットアレイに対応する。ビームスポットアレイ1200は一般的に、ビームスポットアレイ長1208とビームスポットアレイ幅1210を画定する複数のビームスポット列1206に配置された、ビームスポット1204の2次元配置を含む。
【００４６】
図１３と図１４は、付加製造システム１０（図１に示す）などの本開示による付加製造装置を用いて生成可能な代替ビームスポットアレイの概略図である。
【００４７】
図１３は、図１２のビームスポットアレイ１２００に第１の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第１のビームスポットアレイ１３００の概略図である。第１のビームスポットアレイ１３００を生成するために、光学素子１５０（図１に示す）などの１つ又は複数の光学素子が、１つ又は複数のビーム１０４（図１に示す）に対して出力拡散を誘起する。例えば、ビームスポットアレイ１３００は一般的に、ビームスポットアレイ長１３０８とビームスポットアレイ幅１３１０を画定する複数のビームスポット列１３０６に配置された、ビームスポット１３０４の２次元配置を含む。例示的実施形態では、１つ又は複数の光学素子１５０が、ビームスポットアレイ長１３０８に実質的に垂直な方向、すなわちビームスポットアレイ幅１３１０方向に各ビームスポット１３０４を引き伸ばす出力拡散を誘起する。あるいは、１つ又は複数の光学素子１５０が、ビームスポットアレイ幅１３１０に実質的に垂直な方向、すなわちビームスポットアレイ長１３０８方向に各ビームスポット１３０４を引き伸ばす出力拡散を誘起する。他の代替実施形態では、１つ又は複数の光学素子１５０が、線形ビームスポットパターンに関して図９〜図１２に説明したような、他の出力拡散を誘起する。例えば、１つ又は複数の光学素子が、これに限らないが、１つ又は複数のビームスポット１３０４の所定の伸長、拡散、及び配向の内の１つ又は複数をもたらす、出力拡散を誘起可能である。
【００４８】
図１４は、図１２のビームスポットアレイ１２００に第２の出力拡散を誘起することにより生成可能な、第２のビームスポットアレイ１４００の概略図である。第２のビームスポットアレイ１４００を生成するために、光学素子１５０（図１に示す）などの１つ又は複数の光学素子が、エネルギービーム１０４（図１に示す）に対して出力拡散を誘起する。ビームスポットアレイ１４００において、ビームスポット１４０４は、複数のビームスポット列１４０６に配置される。例えば、ビームスポットアレイ１４００は一般的に、ビームスポットアレイ長１４０８とビームスポットアレイ幅１４１０を画定する複数のビームスポット列１４０６に配置された、ビームスポット１４０４の２次元配置を含む。１つ又は複数の光学素子１５０が、各ビームスポット１４０４を引き伸ばしかつ再配向する出力拡散を誘起する。より具体的には、各ビームスポット列１４０６のビームスポット１４０４は、ビームスポット列１４０６に対して実質的に斜めの方向、すなわちビームスポットアレイ長１４０８とビームスポットアレイ幅１４１０に斜めの方向に、引き伸ばされ、再配向させられる。さらに、ビームスポット１４０４は、隣接するスポット列１４０６のビームスポット１４０４に対して垂直に延在するように再配向される。例えば、第１のビームスポット列１４０６の各ビームスポット１４０４が第１の斜め方向に引き伸ばされ、第２のビームスポット列が、第１の斜め方向に対して実質的に垂直な第２の斜め方向に引き伸ばされる。得られるビームスポットアレイ１４００は、特に図１２の変更を加えていないビームスポットアレイ１２００に比べると、ビームスポットアレイ１４００の全領域にわたって実質的に均一な出力密度を提供する。他の代替実施形態では、ビームスポット１４０４
【００４９】
図１５は、粉末床で部品１４を製造するための方法１５００を示すフローチャートである。図３と図１５を参照すると、方法１５００には、レーザアレイ１００の複数のレーザ装置１０２から複数のエネルギービーム１０４を放射すること１５０２が含まれる。レーザアレイ１００及び、より具体的にはレーザ装置１０２は、ビームスポットパターンを生成するように配置される。特定の実施形態では、レーザ装置１０２は実質的に線形構成で配置され、対応する線形ビームスポットパターンを生成する。代替実施形態では、レーザ装置は２次元アレイに配置され、対応する２次元ビームスポットアレイを生成する。
【００５０】
方法１５００はさらに、光学素子１５０によって少なくとも１つのエネルギービーム１０４に出力拡散を誘起すること１５０２を含む。光学素子１５０は一般に、レーザ装置１０２と部品１４の間に配置されて、エネルギービーム１０４がレーザ装置１０２から部品１４へ進むときに光学素子１５０がエネルギービーム１０４に出力拡散を誘起するようにする。光学素子１５０によって誘起される出力拡散は通常、ビーム１０４に対応するビームスポットの伸長、拡散、再配向の内の１つ又は複数をもたらす。例えば例示的実施形態において、出力拡散は、得られるビームスポットが引き伸ばされるように、エネルギービーム１０４に非点収差を生じさせることにより誘起される。特定の実施形態では光学素子１５０は、これに限らないが、少なくとも１つの（円筒レンズなどの）屈折レンズと反射ミラーを含む。
【００５１】
方法１５００はさらに、少なくとも１つの拡散エネルギービームを用いて溶融プール生成すること１５０４を含む。上で図１に関連してより詳細を述べたように、拡散されたエネルギービーム１０４は粉末床２０に向けられ、粉末床２０の粉末を選択的に溶かして溶融プール１５とすることに用いられる。溶融プールが冷却されて固化されると、部品１４の層の一部が形成される。
【００５２】
本明細書に記載の実施形態は、付加製造プロセスに使用されるレーザアレイのレーザ装置により生成されるエネルギービームの制御を改良する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、エネルギービームにおける所定の出力拡散の誘起及び、その結果として所定の出力密度分布を有するビームスポットパターンの生成を促進する。そのような制御により、出力密度分布の調整を促進して全体の付加製造プロセスを改良する。例えば、本明細書に記載のシステム及び方法を使用して、一定の溶融深さなどの、優先的な溶融プール特性の形成が可能である。本システム及び方法はさらに、単一レーザシステムに比べて大領域の付加製造を容易にし、所与の部品に対する製造時間及びコストを低減できる。
【００５３】
本明細書に記載の方法、システム及び装置の例示的な技術効果としては、（ａ）レーザアレイにより生成されるビームスポットパターンの出力密度の制御、（ｂ）レーザアレイの１つ又は複数のビームに所定の出力拡散を誘起することによる所定の出力密度を有するビームスポットパターンの生成、（ｃ）１つ又は複数の光学素子の操作による、ビームスポットパターンの出力密度の動的変更、の内の少なくとも１つが含まれる。
【００５４】
所定の出力拡散を誘起するように構成された、レーザアレイと光学素子を含む付加製造システムの例示的実施形態をこれまでに詳細に説明した。本明細書に記載のシステム及び方法は記載した特定の実施形態に限るものではない。むしろシステムの構成要素、及び／又は方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素及び／又はステップから独立して個別に利用されてもよい。例えば、本方法は他のレーザ製造システム及び方法と組み合わせて使用可能であり、本明細書に記載したシステム及び方法での実行にのみ限定されるものではない。むしろ、本例示的実施形態は、多くの付加製造システム用途に関連して実施及び活用することが可能である。
【００５５】
本開示の様々な実施形態の特定の特徴がいくつかの図面で示され、他の図面で示されない場合があるが、これは単に便宜的なものである。本開示の原理に従って、図面の任意の特徴は他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。
【００５６】
実施形態のいくつかは、１つ又は複数の電子デバイス又はコンピューティングデバイスの使用を含む。そのようなデバイスは、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、現場プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス、及び／又は、本明細書に記載の機能を実行可能な他の任意の回路若しくは処理デバイス、などのプロセッサ、処理デバイス、又はコントローラを典型的に含む。本明細書に記載の方法は、これに限らないがストレージデバイス及び／又はメモリデバイスを含む、コンピュータ可読媒体中に具現化した実行可能命令として符号化することができる。そのような命令は、処理デバイスによって実行されると、本明細書に記載の方法の少なくとも一部分を処理デバイスに実行させる。上記の例は、単なる例示であり、したがって、プロセッサ及び処理デバイスという用語の定義及び／又は意味をいかなる形であれ限定することを意図していない。
【００５７】
本明細書の記述は、最良の形態を含む実施形態を開示するため、また当業者が、任意のデバイスまたはシステムの作製と使用及び組み込まれた任意の方法の遂行を含む、本実施形態の実行を可能とするために、実施例を使用する。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が考えつく他の実施例も含み得る。そのような他の実施例は、もしそれらが特許請求の範囲の文言と違わない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言とは実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2020507680.tif 000019
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