(57)【要約】  粉末床融合（ＰＢＦ）システムのためのビーム走査についてのシステムおよび方法が提供される。ＰＢＦ装置は、粉末材料のレイヤを支持する構造と、エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器と、を含むことができ、偏向器はエネルギービームをその場所のそれぞれに複数回あてるようにさらに構成される。ＰＢＦ装置は、構造によって支持されるレイヤ粉末材料へ複数回の走査を与えるように構成される偏向器を含むことができる。ＰＢＦ装置は、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器を含むことができ、偏向器はラスタ走査でエネルギービームをあてるようにさらに構成される。【選択図】図４Ｃ
2020518722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末床融合のための装置であって、
粉末材料のレイヤを支持する構造と、
エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、
複数の場所において前記レイヤ内の前記粉末材料のエリアを融合させるために前記エネルギービームをあてる偏向器と、
を備え、
前記偏向器は前記エネルギービームを前記場所のそれぞれに複数回あてるようにさらに構成される、装置。
【請求項２】
前記偏向器がラスタ走査によって前記エネルギービームをあてるようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記エネルギービーム源が前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するようにさらに構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記エネルギービーム源が前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するデジタル信号プロセッサを備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記偏向器が前記エネルギービームをあてる間、前記粉末材料のレイヤの温度に基づいて投入されるエネルギーの量を制御する温度コントローラをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記温度コントローラが、前記場所のそれぞれについての前記エネルギービームの印加同士の間の時間を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記温度コントローラが、前記エネルギービームが前記場所のそれぞれにあてられる回数を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記温度コントローラが、前記エネルギービームの出力を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記温度コントローラが前記エリアの温度を感知する温度センサを含み、前記温度コントローラが前記感知される温度に基づいて前記粉末材料のレイヤの前記温度を制御するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記温度コントローラは、前記粉末材料の前記エリアの前記温度が降下する期間の間、前記エリアの冷却速度が修正されるように、前記偏向器が前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるように、制御するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
前記温度コントローラは、前記粉末材料を融合させることなく前記粉末材料の前記エリアを予加熱するように、前記偏向器が前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるように、制御するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記温度コントローラは、前記偏向器が前記粉末材料の前記エリアの周囲のより広いエリアを予加熱するように、制御するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
粉末材料の支持構造と、
前記粉末材料の支持面に向けられるエネルギービーム源と、
前記支持構造によって支持されるレイヤ粉末材料へ複数回の走査を与えるように構成される偏向器と
を備える、粉末床融合のための装置。
【請求項１４】
前記偏向器はラスタ走査装置を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記エネルギービーム源が、ラスタ走査装置のラスタ走査の間、変調されたエネルギービームを作り出すようにさらに構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記走査の間、前記粉末材料のレイヤの温度に基づいて投入されるエネルギーの量を制御する温度コントローラをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記温度コントローラが、前記走査同士の間の時間を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記温度コントローラが、前記走査の回数を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記温度コントローラが、前記走査のそれぞれの持続時間を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記温度コントローラが、エネルギービームの出力を制御するように前記エネルギービーム源を制御することによって、前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記温度コントローラが前記粉末材料の支持構造で配置される温度センサを含み、前記温度コントローラが前記温度センサによって感知される温度に基づいて前記粉末材料の前記温度を制御するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
粉末床融合のための装置であって、
粉末材料のレイヤを支持する構造と、
エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、
複数の場所において前記レイヤ内の前記粉末材料のエリアを融合させるために前記エネルギービームをあてる偏向器と、
を備え、
前記偏向器がラスタ走査で前記エネルギービームをあてるようにさらに構成される、装置。
【請求項２３】
前記エネルギービーム源が前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するようにさらに構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記エネルギービーム源が前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するデジタル信号プロセッサを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記偏向器が前記エネルギービームをあてる間、前記粉末材料のレイヤの温度に基づいて投入されるエネルギーの量を制御する温度コントローラをさらに備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記温度コントローラが、前記場所のそれぞれについての前記エネルギービームの印加同士の間の時間を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記温度コントローラが、前記エネルギービームが前記場所のそれぞれにあてられる回数を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記温度コントローラが、前記エネルギービームの出力を制御することによって前記粉末材料のレイヤの前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記温度コントローラが前記エリアの温度を感知する温度センサを含み、前記温度コントローラが前記感知される温度に基づいて前記粉末材料のレイヤの前記温度を制御するように構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記温度コントローラは、前記粉末材料の前記エリアの前記温度が降下する期間の間、前記エリアの冷却速度が修正されるように、前記偏向器が前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるように、制御するようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記温度コントローラは、前記粉末材料を融合させることなく前記粉末材料の前記エリアを予加熱するように、前記偏向器が前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるように、制御するようにさらに構成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記温度コントローラは、前記偏向器が前記粉末材料の前記エリアの周囲のより広いエリアを予加熱するように、制御するようにさらに構成される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
粉末床融合のための方法であって、
粉末材料のレイヤを支持するステップと、
エネルギービームを発生させるステップと、
複数の場所において前記レイヤ内の前記粉末材料のエリアを融合させるために前記エネルギービームをあてるステップと、
を含み、
前記エネルギービームは前記場所のそれぞれに複数回あてられる、方法。
【請求項３４】
前記エネルギービームをあてるステップが、ラスタ走査で前記エネルギービームをあてるステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記エネルギービームをあてるステップが、前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記エネルギービームの印加の間、前記粉末材料のレイヤの温度に基づいて投入されるエネルギーの量を制御するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記場所のそれぞれについての前記エネルギービームの印加同士の間の時間を制御するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記エネルギービームが前記場所のそれぞれにあてられる回数を制御するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記エネルギービームの出力を制御するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、温度センサによって感知される前記粉末材料の温度に基づく、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料の前記エリアの前記温度が降下する期間の間、前記エリアの冷却速度が修正されるように、前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料を融合させることなく前記粉末材料の前記エリアを予加熱するように、前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料の前記エリアの周囲のより広いエリアを予加熱するステップをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
粉末床融合のための方法であって、
粉末材料のレイヤを支持するステップと、
エネルギービームを発生させるステップと、
複数の場所において前記レイヤ内の前記粉末材料のエリアを融合させるために前記エネルギービームをあてるステップと、
を含み、
前記エネルギービームがラスタ走査であてられる、方法。
【請求項４５】
前記エネルギービームをあてるステップが前記ラスタ走査の間前記エネルギービームを変調するステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記エネルギービームの印加の間、前記粉末材料のレイヤの温度に基づいて投入されるエネルギーの量を制御するステップをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記場所のそれぞれについての前記エネルギービームの印加同士の間の時間を制御するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記エネルギービームが前記場所のそれぞれにあてられる回数を制御するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記エネルギービームの出力を制御するステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記温度に基づいて前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、温度センサによって感知される前記粉末材料の温度に基づく、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料の前記エリアの前記温度が降下する期間の間、前記エリアの冷却速度が修正されるように、前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料を融合させることなく前記粉末材料の前記エリアを予加熱するように、前記エネルギービームを前記粉末材料の前記エリアにあてるステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記投入されるエネルギーの量を制御するステップが、前記粉末材料の前記エリアの周囲のより広いエリアを予加熱するステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれている２０１７年４月２８日に出願した「ＰＯＷＤＥＲ−ＢＥＤ  ＦＵＳＩＯＮ  ＢＥＡＭ  ＳＣＡＮＮＩＮＧ」と題する米国特許出願第１５／５８２，４７０号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は一般的に粉末床融合（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ−Ｂｅｄ  Ｆｕｓｉｏｎ）システムに関し、より詳細にはＰＢＦシステムにおけるビーム走査に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＰＢＦシステムは、従来の製造プロセスでは作成することが困難または不可能ないくつかの形状を含む、幾何学的に複雑な形状を有する、造形片（build pieces）と称される、構造体を作成することができる。ＰＢＦシステムはレイヤごとに造形片を作成する。それぞれのレイヤまたは「スライス」は粉末のレイヤを堆積する（deposit）こと、およびレイヤの部分をエネルギービームに曝すことによって形成される。エネルギービームはレイヤにおける造形片の断面に一致する粉末レイヤのエリアを溶融するためにあてられる。溶融粉末は冷却し、造形片のスライスを形成するために融合する。それぞれのレイヤは前のレイヤの上部に堆積される。得られる構造が、ゼロからスライスごとに組み立てられた造形片である。
【０００４】
より具体的に、エネルギービームが感光するスポットにおいて、エネルギービームは粉末を、溶融プールと呼ばれる液体のプールへと溶融する。次いで、エネルギービームは粉末レイヤを横切って走査し、ビームの感光スポット（exposure spot）において粉末を絶え間なく溶融することによって溶融プールを「押し付ける（Ｐｕｓｈ）」。
【発明の概要】
【０００５】
ＰＢＦシステムにおけるビーム走査のための装置および方法のいくつかの態様を、以降でより詳しく説明する。
【０００６】
様々な態様において、粉末床融合のための装置は、粉末材料のレイヤを支持する構造と、エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器と、を含むことができ、偏向器はエネルギービームをその場所のそれぞれに複数回あてるようにさらに構成される。
【０００７】
様々な態様において、粉末床融合のための装置は、粉末材料の支持構造と、粉末材料の支持面に向けられるエネルギービーム源と、その構造によって支持されるレイヤ粉末材料へ複数回の走査を与えるように構成される偏向器と、を含むことができる。
【０００８】
様々な態様において、粉末床融合のための装置は、粉末材料のレイヤを支持する構造と、エネルギービームを発生させるエネルギービーム源と、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてる偏向器と、を含むことができ、偏向器はラスタ走査でエネルギービームをあてるようにさらに構成される。
【０００９】
様々な態様において、粉末床融合のための方法は、粉末材料のレイヤを支持することと、エネルギービームを発生させることと、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてることと、を含むことができ、エネルギービームはその場所のそれぞれに複数回あてられる。
【００１０】
様々な態様において、粉末床融合のための方法は、粉末材料のレイヤを支持することと、エネルギービームを発生させることと、複数の場所においてレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてることと、を含むことができ、エネルギービームはラスタ走査であてられる。
【００１１】
例示としてほんのいくつかの実施形態を示し説明している以下の詳細な説明から、他の態様が当業者にとって明らかとなろう。当業者によって理解されるように、本明細書での概念は、他のおよび異なる実施形態にも可能であり、様々な他の観点においてすべて本開示から逸脱することなく、いくつかの詳細が修正可能である。したがって、図面および詳細な説明は、性質において限定としてではなく例示として見なされるものである。
【００１２】
次に、様々な態様が、限定ではなく例として詳細な説明において提示される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】異なる工程の動作の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｂ】異なる工程の動作の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｃ】異なる工程の動作の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｄ】異なる工程の動作の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図２】例示のエネルギービーム源および偏向器システムを示している。
【図３Ａ】粉末のレイヤが堆積される前後の例示の粉末床の斜視図を示している。
【図３Ｂ】粉末のレイヤが堆積される前後の例示の粉末床の斜視図を示している。
【図４Ａ】ＰＢＦのための例示のベクタ走査の方法を示している。
【図４Ｂ】ＰＢＦのための例示のベクタ走査の方法を示している。
【図４Ｃ】ＰＢＦのための例示のベクタ走査の方法を示している。
【図５Ａ】ＰＢＦのための例示のラスタ走査の方法を示している。
【図５Ｂ】ＰＢＦのための例示のラスタ走査の方法を示している。
【図５Ｃ】ＰＢＦのための例示のラスタ走査の方法を示している。
【図５Ｄ】ＰＢＦのための例示のラスタ走査の方法を示している。
【図６】ＰＢＦのための別の例示のラスタ走査の方法を示している。
【図７】ＰＢＦのためのラスタ走査の例示の方法のフローチャートである。
【図８Ａ】ＰＢＦワークエリアを区分すること（subdividing）を含む例示のラスタ走査の方法を示している。
【図８Ｂ】ＰＢＦワークエリアを区分することを含む例示のラスタ走査の方法を示している。
【図８Ｃ】ＰＢＦワークエリアを区分することを含む例示のラスタ走査の方法を示している。
【図９Ａ】例示の複数回通過走査（multi-pass scanning）の方法を示している。
【図９Ｂ】例示の複数回通過走査の方法を示している。
【図９Ｃ】例示の複数回通過走査の方法を示している。
【図９Ｄ】例示の複数回通過走査の方法を示している。
【図１０】ＰＢＦのための複数回通過走査の例示の方法のフローチャートである。
【図１１】融合エリアの、例示の複数回通過（multi-pass）の制御される温度プロファイルを示している。
【図１２】ＰＢＦのための複数回通過の温度プロファイル制御の例示の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面と併せて以下で説明される詳細な説明は、本明細書で開示される概念の様々な例示の実施形態の説明を提供するよう意図されており、本開示が実践され得る実施形態だけを表現することは意図されていない。本開示で使用される用語「例示の」は、「例、事例、または図示として機能する」ことを意味しており、必ずしも本開示で提示される他の実施形態より好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は当業者に概念の範囲をすべて伝達する徹底的かつ完全な開示を提供する目的のための具体的な詳細を含む。しかしながら、本開示はこれらの具体的な詳細なしに実践され得る。いくつかの事例において、本開示にわたって提示される様々な概念を曖昧にすることを避けるために、良く知られている構造および構成要素がブロック図の形態で示され得、または全体的に省略され得る。
【００１５】
本開示はＰＢＦシステムにおけるビーム走査を対象としている。様々な実施形態において、エネルギービームはラスタ走査であてることができる。ラスタ走査システムの一例において、電子ビームは長方形のワークエリアを横切って、上から下へ一度に１行で掃引され得る。電子ビームがそれぞれの行を横切って移動するため、ビーム強度は、そのレイヤについて造形片の断面を画定するために使用され得るパターンを作成するためにオンにされ、またオフにされる。いくつかの実施形態において、エリア全体を１秒当たり１〜５０サイクルの速さで走査することができる。このやり方で、例えば、スライス全体が実質的に一度に加熱されるような短時間のうちに、スライスのエリア全体を加熱することができる。より具体的に、走査の速度は加熱された粉末から熱が伝達して逃げる速度よりも速くすることができ、それによって走査の終了時スライス全体の温度が実質的に同一になる。
【００１６】
線を形成するために、高振動数（例えば１０ｋＨｚ）で左右に（水平方向に）走査するようなやり方で磁気的または静電的のいずれかによって場を発生させることができ、次いでエリア全体を感光させることができるように低速で線を前後に（垂直方向に）走査する。水平方向対垂直方向相関のアスペクト比は、偏向力および走査速度に応じて可変であり得る。電子ビームの発生は、所望のエリアのみを感光させる（expose）ようなやり方で、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および適当な出力電子機器によって変調させることができる。他の実施形態において、電子ビームの発生は他の専用のハードウェアによって、またはソフトウェア制御の下で１つまたは複数のプロセッサによって変調させることができる。
【００１７】
ベクタ走査とは対照的に、スライスはピクセルからなるデジタル画像に類似して説明することができる。造形片の解像度がＸ×Ｙピクセルとなるように、ワークエリアは行（ｘ）と列（ｙ）のセットに分割することができる。システムの解像度が変化するピクセル密度（ミクロン／ピクセル）を与えるように画像の縮尺をスケーリングできる。解像度の唯一の制限は電子ビーム銃の変調の帯域幅の限界となる。電子ビームは例えば陰極電圧を変調すること、相対グリッド電圧を変調することなどによって変調することができる。電子ビーム銃は、より高い変調ゲインおよびそれに続くより高い変調帯域幅を可能とするために、真空管の四極管または五極管に類似する追加のグリッド／プレートで構成することもできる。
【００１８】
図１Ａ〜Ｄは異なる工程の動作の間の、例示のＰＢＦシステム１００を示している。ＰＢＦシステム１００は金属粉末のそれぞれのレイヤを堆積することができるデポジタ１０１、エネルギービームを発生させることができるエネルギービーム源１０３、粉末材料を融合させるためにエネルギービームをあてることができる偏向器１０５、および造形片１０９などの１つまたは複数の造形片を支持することができる造形プレート１０７を含むことができる。ＰＢＦシステム１００はまた粉末床収容部内に位置付けられた造形フロア１１１を含むこともできる。粉末床収容部の壁は粉末床収容部壁（powder bed receptacle walls）１１２として示されている。デポジタ１０１が次のレイヤを堆積させることができるように、造形フロア１１１は造形プレート１０７を下げることができ、また他の構成要素を囲い込むことができるチャンバ１１３。デポジタ１０１は金属粉末などの粉末１１７を含むホッパ１１５、および粉末のそれぞれのレイヤの上部をならすことができるレベラ１１９を含むことができる。
【００１９】
具体的に図１Ａを参照すると、この図面は造形片１０９のスライスが融合された後ではあるが、次の粉末のレイヤが堆積されてしまう前のＰＢＦシステム１００を示している。実際には、図１ＡはＰＢＦシステム１００が、例えば５０スライスから形成された造形片１０９の現在の状態を形成するために、既に複数のレイヤ、例えば５０レイヤにおけるスライスを堆積して融合してしまった時点を図示している。既に堆積された複数のレイヤは、堆積されたが融合はしていない粉末を含む粉末床１２１を作成している。ＰＢＦシステム１００は粉末床の表面、造形片１０９などのワークエリアのエリアの温度を感知することができる温度センサ１２２を含むことができる。例えば、温度センサ１２２はワークエリアに向かって向けられる熱カメラ、粉末床の近くのエリアに取り付けられる熱電対などを含むことができる。
【００２０】
図１Ｂは造形フロア１１１が粉末レイヤ厚１２３の分下がることができる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。造形フロア１１１を下げることにより、造形片１０９および粉末床１２１を粉末レイヤ厚１２３の分降下させ、それによって造形片および粉末床の上部が粉末床収容部壁１１２の上部よりも粉末レイヤ厚の分低くなる。このやり方で、例えば、粉末レイヤ厚１２３と等しい一貫する厚みのある空間が造形片１０９および粉末床１２１の上部の上に作成され得る。
【００２１】
図１Ｃは、デポジタ１０１が粉末１１７を造形片１０９および粉末床１２１の上部の上に作成された空間に堆積させることができる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。この例において、デポジタ１０１はホッパ１１５から粉末１１７を放出しながら空間の上を横切ることができる。レベラ１１９は放出された粉末をならして粉末レイヤ厚１２３の厚みを有する粉末レイヤ１２５を形成することができる。本開示の図１Ａ〜Ｄおよび他の図面の要素は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、本明細書で説明される概念のより良い図示を目的として大きくまたは小さく描かれ得ることに留意すべきである。例えば、図示された粉末レイヤ１２５の厚み（すなわち、粉末レイヤ厚１２３）は、例示の、先に５０堆積したレイヤに使用される実際の厚みよりも厚い。
【００２２】
図１Ｄは、エネルギービーム源１０３がエネルギービーム１２７を発生させることができ、偏向器１０５が造形片１０９の次のスライスを融合するためにエネルギービームをあてることができる工程にあるＰＢＦシステム１００を示している。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３は電子ビーム源であり得、エネルギービーム１２７は電子ビームであり得、偏向器１０５は電子ビームを偏光させて融合されるべきエリアを横切って走査させる電場を発生させることができる偏光板を含むことができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３はレーザであり得、エネルギービーム１２７はレーザビームであり得、偏向器１０５はレーザビームを融合されるべきエリアを横切って走査させるように反射および／または屈折させることができる光学系を含むことができる。様々な実施形態において、エネルギービーム源１０３および／または偏向器１０５はエネルギービームを変調することができ、例えばエネルギービームが粉末レイヤの適当なエリアだけにあてられるように、偏向器が走査するのに伴ってエネルギービームをオンおよびオフにすることができる。例えば、様々な実施形態において、エネルギービームはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって変調することができる。
【００２３】
図２は例示のエネルギービーム源および偏向器システムを示している。この例において、エネルギービームは電子ビームである。エネルギービーム源は電子グリッド２０１、電子グリッドモジュレータ２０３、およびフォーカス２０５を含むことができる。コントローラ２０６は、電子グリッド２０１および電子グリッドモジュレータ２０３を制御して電子ビーム２０７を発生させることができ、フォーカス２０５を制御して電子ビーム２０７をフォーカスされた電子ビーム２０９にフォーカスすることができる。図面において明瞭な見え方となるように、コントローラ２０６と他の構成要素との間の接続は示されていない。フォーカスされた電子ビーム２０９は偏向器２１３によって粉末レイヤ２１１を横切って走査されることができる。偏向器２１３は２つのｘ偏向板２１５、および２つのｙ偏向板２１７を含むことができ、図２ではそれらのうちの１つは良く見えていない。コントローラ２０６は偏向器２１３を制御してｘ偏向板２１５同士の間に電場を発生させ、フォーカスされた電子ビーム２０９をｘ方向に偏向させることができ、かつｙ偏向板２１７同士の間に電場を発生させ、フォーカスされた電子ビームをｙ方向に偏向させることができる。様々な実施形態において、偏向器は電子ビームを偏向させるために１つまたは複数の磁気コイルを含むことができる。
【００２４】
ビームセンサ２１９はフォーカスされた電子ビーム２０９の偏向の量を感知することができ、この情報をコントローラ２０６に送信することができる。偏向の所望の量を達成するために、コントローラ２０６はこの情報を使用して電場の強さを調整することができる。緩い粉末２２１を溶融するために、フォーカスされた電子ビーム２０９はフォーカスされた電子ビームを走査することによって粉末レイヤ２１１にあてることができ、ひいては、融合粉末２２３を形成する。
【００２５】
様々な実施形態において、ラスタ走査によってエネルギービームをあてることができる。図５Ａ〜Ｄ、図６、および図７はラスタ走査によってＰＢＦエネルギービームをあてる例示の実施形態を図示している。いくつかの実施形態において、ラスタ走査はワークエリアを区分（subdivisions）に分割することを含むことができ、それによってそれぞれのレイヤにおいて造形片の断面を特徴付ける効率的なやり方を提供することができる。図８Ａ〜ＣはＰＢＦエネルギービームをラスタ走査するための区分を含む例示の実施形態を図示している。様々な実施形態において、複数回通過走査（multi-pass scanning）によってエネルギービームをあてることができ、複数回通過走査ではエネルギービームが単一の融合動作について複数回ワークエリアを横切って走査される。図９Ａ〜Ｄおよび図１０はＰＢＦエネルギービームについての複数回通過走査の例示の実施形態を図示している。いくつかの実施形態において、複数回通過走査を使用して造形片、造形片を含むエリア、粉末レイヤ全体などの温度プロファイルを制御することができる。図９Ａ〜Ｄ、図１１および図１２は温度プロファイル制御を含む複数回通過走査の例示の実施形態を図示している。いくつかの実施形態において、複数回通過走査をベクタ走査で使用することができる。図４Ａ〜Ｃはベクタ走査の例を図示している。
【００２６】
本開示における様々なＰＢＦビーム走査の例は、斜視図を使用して図示される。図３Ａ〜Ｂはこの斜視図のコンテキストを提供する。
【００２７】
図３Ａ〜Ｂは粉末のレイヤが堆積される前後の例示の粉末床の斜視図を示している。図３Ａは走査プロセスが起こった後の粉末床３０１を示している。図面はｎ番目の造形片スライス３０３の上面を示しており、造形片スライス３０３はｎ番目の粉末レイヤ３０７で粉末を融合するためにエネルギービームを走査するエネルギービーム源／偏向器３０５によって形成されるスライスである（ここでｎは粉末レイヤの番号である）。図３Ｂは次の粉末レイヤ、すなわち、ｎ＋１番目の粉末レイヤ３０９が堆積されてしまった後の粉末床３０１の状態を示している。図面はまた融合される次のスライスの輪郭、すなわち、ｎ＋１番目のスライス３１１の輪郭を示している。図３Ｂの粉末床３０１の状態は、図４Ａ〜Ｃ、図５Ａ〜Ｄ、および図６で説明される例示の走査に先立つ粉末床の状態であり得る。
【００２８】
図４Ａ〜ＣはＰＢＦのための例示のベクタ走査の方法を示している。図４Ａは粉末レイヤ４０３の上面から見たベクタ走査のための走査経路４０１を図示している。図面はまたスライス輪郭４０５を示しており、スライスがベクタ走査によって形成されるところを示している。この例において、走査経路４０１は螺旋形状であることができ、螺旋の外側で開始４０７し、螺旋の中心で終了４０９する。開始４０７において、エネルギービームはオンにされ、ビームオン４１１とラベル付けされた実線である走査経路によって表されるように走査経路４０１全体にわたってオンのままである。終了４０９において、エネルギービームはオフにされ、そのスライスは完成される。図４Ｂ〜Ｃは走査の間の異なる時間のポイントにおける斜視図を示している。
【００２９】
図４Ｂは、エネルギービーム源／偏向器４１５からのエネルギービーム４１３が融合粉末４１７を形成するために走査経路４０１の第１の部分を通って走査してしまっている、時間の早いポイントにおける走査を示している。図面はまたエネルギービーム４１３が次に走査しようとしている走査経路４０１の部分を示している。
【００３０】
図４Ｃはエネルギービーム４１３が走査経路４０１のより多くを走査して、より多くの融合粉末４１７が形成された時間の遅いポイントにおける走査を示している。図面はまたエネルギービーム４１３が次に走査しようとしている走査経路４０１の部分を示している。
【００３１】
図５Ａ〜Ｄ、図６、および図７はラスタ走査によってＰＢＦエネルギービームをあてる例示の実施形態を図示している。
【００３２】
図５Ａ〜ＤはＰＢＦのための例示のラスタ走査の方法を示している。図５Ａは粉末レイヤ５０３の上面から見たラスタ走査のための走査経路５０１を図示している。図面はまたスライス輪郭５０５を示しており、スライスがラスタ走査によって形成されるところを示している。この例において、走査経路５０１はジグザグ形状であり、粉末レイヤ５０３の上部、左角（図面に見られるように）で開始５０７し、粉末レイヤの下部、右角で終了５０９する。走査パターンは斜めの線によって接続される水平線である。エネルギービームが走査経路５０１の水平線を横切って走査される際、エネルギービームは、融合されることになる粉末のエリアの上を通過する時オンにすることができ、融合されない粉末のエリアの上を通過する時オフにすることができる。例えば、図５Ａはスライス輪郭５０５の外側にある走査経路５０１の水平線についてビームオフ５１１（点線によって表される）を示しており、またスライス輪郭の内側にある走査経路の水平線についてビームオン５１３（実線によって表される）を示している。走査経路５０１の斜めの線は次の水平線の開始（すなわち、図面の右端部）に戻るためのものであることができ、リセットすると称することができる。したがって、斜めの線を通って走査される時エネルギービームはオフにすることができ、これはリセット（ビームオフ）５１５として示されている。
【００３３】
この例において、開始５０７においてエネルギービームはオフにされ走査経路５０１の初めの２つの水平線についてオフのままである。走査経路５０１の９番目の水平線を通る第３の線は、スライス輪郭５０５内のエリアで粉末を融合するためにエネルギービームがオンにされる間の部分を含んでいる。残りの水平線において、エネルギービームはオンにされない。
【００３４】
図５Ｂ〜Ｄは走査の間の異なる時間のポイントにおける斜視図である。
【００３５】
図５Ｂは走査経路５０１の初期部分において、エネルギービーム源／偏向器５１７がエネルギービームをオフにする時間の早いポイントにおける走査を示しており、エネルギービームは融合されることになる粉末レイヤ５０３のエリアの上を通過しない。図５Ｃはエネルギービーム源／偏向器５１７が、融合粉末５２１を形成するためにスライス輪郭５０５の内側にある走査経路５０１の水平な走査線の部分に沿ってエネルギービーム５１９をオンにしてある、時間の遅いポイントにおける走査を示している。図５Ｄはエネルギービーム源／偏向器５１７が、より多くの融合粉末５２１を形成するためにスライス輪郭５０５の内側にある走査経路５０１のより多くの水平な走査線の部分に沿ってエネルギービーム５１９をオンにしてある、時間のさらに遅いポイントにおける走査を示している。
【００３６】
図６はＰＢＦのための別の例示のラスタ走査の方法を示している。図６は粉末レイヤ６０３の上面から見たラスタ走査のための走査経路６０１を示している。図面はまたスライス輪郭６０５を示しており、スライスがラスタ走査によって形成されるところを示している。この例において、走査経路６０１は垂直線により端部において接続される水平線を含む。走査経路６０１は、粉末レイヤ６０３の上部、左角（図面に見られるように）における開始６０７および、粉末レイヤの下部、右角における終了６０９を有することができる。エネルギービームが走査経路６０１の水平線を横切って走査される際、エネルギービームは、融合されることになる粉末のエリアの上を通過する時オンにすることができ、融合されない粉末のエリアの上を通過する時オフにすることができる。例えば、図６はスライス輪郭６０５の外側にある走査経路６０１の水平線についてビームオフ６１１（点線によって表される）を示しており、またスライス輪郭の内側にある走査経路の水平線についてビームオン６１３（実線によって表される）を示している。走査経路６０１の垂直線は次の水平線に向かって前進することができ、リセットすると称することができる。したがって、垂直線を通って走査される時エネルギービームはオフにすることができ、リセット（ビームオフ）６１５として示されている。
【００３７】
この例において、開始６０７においてエネルギービームはオフにされ走査経路６０１の初めの２つの水平線についてオフのままである。走査経路６０１の９番目の水平線を通る第３の線は、スライス輪郭６０５内のエリアで粉末を融合するためにエネルギービームがオンにされる間の部分を含んでいる。残りの水平線において、エネルギービームはオンにされない。
【００３８】
図５Ａ〜Ｄおよび図６において図示される例示の実施形態は、ラスタ走査の２つの例に過ぎず、他の走査経路を使用することができる。例えば、様々な実施形態は異なる走査経路の形状、異なる経路の開始および／または終了、異なるリセット、などを使用することができる。
【００３９】
図７はＰＢＦのためのラスタ走査の例示の方法のフローチャートである。粉末のレイヤを支持することができる（７０１）。例えば、図１Ａ〜Ｄに関して上述したように、粉末床は粉末材料の次のレイヤを支持することができ、また粉末床は造形プレートによって支持されることができる。エネルギービームを発生させることができる（７０２）。例えば、エネルギービーム源１０３などのエネルギービーム源は、エネルギービームを発生させることができる。別の例は、電子グリッド２０１、電子グリッドモジュレータ２０３、およびフォーカス２０５によって発生させられるフォーカスされた電子ビーム２０９であってもよい。レイヤ内で粉末を融合させるためにラスタ走査でエネルギービームをあてることができる（７０３）。例えば、走査経路５０１、走査経路６０１などの走査経路を使用することができる。
【００４０】
図８Ａ〜Ｃは、ＰＢＦワークエリアを区分することを含む例示のラスタ走査の方法を示している。図８Ａは作業空間８０１を示しており、走査されることになる粉末レイヤを表している。この点において、作業空間８０１は、物理的な構造ではなく、物理的な構造、すなわち走査されることになる粉末レイヤを表し、また粉末レイヤの走査を制御するために使用され得るデータ構造であることを理解すべきである。例えば、図２のコントローラ２０６はそのような作業空間を使用して粉末レイヤ２１１の走査を制御してもよい。
【００４１】
作業空間８０１は行および列に分割することができ、例えば複数の区分８０３を作成する。図８Ａにおいて、作業空間８０１は１０行（ｙ方向に）、および１０列（ｘ方向に）、すなわち１０×１０の解像度に分割され、合計１００の区分８０３である。理解のために１０×１０の解像度が示されているが、様々な適用例において、解像度は著しく大きいものとなる。様々な実施形態において、それぞれの区分８０３はビームエリア８０５とおおよそ同一のサイズであり、ビームエリア８０５はワークエリア８０１によって表される粉末レイヤにあてられるエネルギービームの断面のエリアである。
【００４２】
図８Ａは融合エリア８０７を示しており、粉末を融合するためにエネルギービームがあてられる粉末レイヤのエリアを表している。図面で示されるように、融合エリア８０７は区分８０３のうちのある１つに一致することができる。したがって、融合エリア８０７は一致する区分８０３によって表すことができる。このやり方で、例えば、ラスタ走査の間のエネルギービーム変調は、どの区分が融合エリアに一致するか（すなわちビームオン）、またどの区分が融合エリアに一致しないか（すなわちビームオフ）に基づいて制御することができる。この意味で、作業空間をデジタル化、または「ピクセル化」することができ、ラスタ走査の効率を改善することができる。
【００４３】
図８Ｂは粉末レイヤ８１０を横切る走査経路８０９を示している。走査経路８０９はビームオフ８１１部分、ビームオン８１３部分、およびリセット（ビームオフ）８１５部分を含むことができる。融合エリア８０７の輪郭がスライス輪郭８１７として示されている。図８Ｂによって図示されるように、走査経路８０９のビームオフ８１１部分が融合エリア８０７の部分を含まない区分８０３に対応できるように、またビームオン８１３部分が融合エリアの部分を含む区分に対応できるように、走査を制御することができる。
【００４４】
図８Ｃは、図８Ｂに示したラスタ走査についてのビーム偏向制御（ｘ偏向電圧グラフ８１９およびｙ偏向電圧グラフ８２１）およびビーム出力制御（ビーム出力グラフ８２３）を図示している。区分の第１行、すなわちｙ＝１、ｘ＝１〜１０について、ｘ偏向電圧は（図面に見られるように）区分８０３の最も左の列へのビーム偏向に対応する最大マイナス電圧から、区分の最も右の列へのビーム偏向に対応する最大プラス電圧に、一様に増加することができる。ｙ偏向電圧は、第１行にわたって一定のｙ偏向を維持することに対応して最大マイナス電圧で一定のままであることができる。第１行における区分８０３は融合エリア８０７の部分を含まないため、ビーム出力は第１行についてはオフのままである。リセット期間の間、ｘ偏向電圧は最大マイナスに向かって下げることができ、またｙ偏向電圧は最大マイナスから第２行にわたるｙ偏向に対応する値に上げることができる。
【００４５】
区分の第２行、すなわちｙ＝２、ｘ＝１〜１０について、ｘ偏向電圧は区分８０３の最も左の列へのビーム偏向に対応する最大マイナス電圧から、区分の最も右の列へのビーム偏向に対応する最大プラス電圧に、やはり一様に増加することができる。ｙ偏向電圧は、第２行にわたって一定のｙ偏向を維持することに対応する電圧で一定のままであることができる。ビームが第２行において第１の区分８０３（すなわちｘ＝１）に向かって偏向している間、ビーム出力はオフのままであることができる。しかしながら、ビームが区分ｘ＝２からｘ＝９にかけて走査する時、ビーム出力をオンにすることができる。第２行おいて区分ｘ＝１０について、ビーム出力はオフにすることができる。次いで、ｘ偏向電圧を最大マイナスに下げること、およびｙ偏向電圧を第２行にわたるｙ偏向に対応する値から第３行にわたるｙ偏向に対応する値に上げることによって、走査を再度リセットすることができる。
【００４６】
区分の第３行、すなわちｙ＝３、ｘ＝１〜１０について、ｘ偏向電圧は区分８０３の最も左の列へのビーム偏向に対応する最大マイナス電圧から、区分の最も右の列へのビーム偏向に対応する最大プラス電圧に、やはり一様に増加することができる。ｙ偏向電圧は、第３行にわたって一定のｙ偏向を維持することに対応する電圧で一定のままであることができる。ビームが第２行において第１の区分８０３（ｘ＝１）に向かって偏向している間、ビーム出力は、オフのままであることができ、区分ｘ＝２でオン、区分ｘ＝３からｘ＝８でオフ、区分ｘ＝９でオン、区分ｘ＝１０でオフとすることができる。ｘ偏向電圧を最大マイナスに下げること、およびｙ偏向電圧を第３行にわたるｙ偏向に対応する値から第４行にわたるｙ偏向に対応する値に上げることによって、走査を再度リセットすることができる。粉末レイヤ８１０全体が走査されるまで、このやり方で走査を進めることができる。
【００４７】
図９Ａ〜Ｄおよび図１０はＰＢＦエネルギービームについての複数回通過走査の例示の実施形態を図示している。様々な実施形態において、複数回通過走査によってエネルギービームをあてることができ、複数回通過走査ではエネルギービームが単一の融合動作について複数回ワークエリアを横切って走査される。換言すると、エネルギービームが複数の場所のそれぞれに複数回あてられるようなやり方で、複数の場所でレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるためにエネルギービームをあてることができる。いくつかの実施形態において、図９Ａ〜Ｄの例にあるように、エネルギービームを粉末レイヤ内の他の場所に、例えば融合されることになるエリアの周りのエリアに、１回または複数回あてることもできる。しかしながら、複数回通過走査はエネルギービームを融合エリアだけにあて、そのエネルギービームは複数回あてられるものである、実装形態を含むことを理解すべきである。
【００４８】
図９Ａ〜Ｄは例示の複数回通過走査の方法を示している。この例において、ラスタ走査が使用される。しかしながら、様々な実施形態において、ベクタ走査などの他の走査方法を使用して複数回通過走査を実装することができる。図９Ａは例示の複数回通過走査における第１の通過（first pass）９０１を図示している。図９Ａは粉末レイヤ９０３、走査経路９０５、および融合エリア９０９の周りのスライス輪郭９０７を示している。図面はまたエネルギービームが融合エリア９０９ならびに融合エリアの周囲のエリアにあてられる第１のビーム印加９１１を示している。第１のビーム印加は融合エリア９０９および周囲のエリアを、粉末の融点近くであるが融点を下回る温度まで加熱することができる。このやり方で、例えば、融合エリア９０９の周囲のエリアを融合エリアとともに加熱することができ、これは、例えば融合エリアで粉末を融合することにより形成されるスライスにおける内部応力を少なくすることにつなげることができる。
【００４９】
図９Ｂは例示の複数回通過走査における第２の通過９１３を図示している。第２の通過９１３において、融合エリア９０９の粉末は第２のビーム印加９１５によって溶融される（次の図面、図９Ｃに溶融粉末が示されている）。具体的に、第１のビーム印加９１１が融合エリア９０９を粉末の融点を下回る温度まで加熱した後、第２のビーム印加９１５は融合エリアを融点を上回る温度まで加熱することができる。
【００５０】
図９Ｃは例示の複数回通過走査における第３の通過９１７を図示している。第３の通過９１７において、前の通過におけるように、偏向制御は走査経路９０５をたどることができる。しかしながら、エネルギービームは走査経路９０５全体についてオフのままであり得る。このやり方で、例えば、融合エリア９０９内の溶融粉末９１９の温度を冷却させることができる。この例において、偏向制御は第３の通過として走査経路をたどることができるが、様々な実装形態において、偏向制御は単純にこの時間の間に走査しなくてもよい、すなわち通過を行わなくてもよいことを理解すべきである。しかしながら、ビーム印加のない通過の間ですら走査経路をたどって偏向制御を維持することによって、例えばいくつかの実施形態において、電子的な制御回路を単純化することができる。
【００５１】
図９Ｄは例示の複数回通過走査における第４の通過９２１を図示している。第４の通過９２１において、エネルギービームは第３のビーム印加９２３における融合エリア９０９および融合エリアの周囲のエリアにあてられる。このやり方で、例えば、溶融粉末９１９の冷却を制御することができる（すなわち冷却速度を下げる）。加えて、周囲のエリアの粉末を溶融することなく、融合エリア９０９の周囲のエリアを再加熱することにより、融合粉末９２５を形成するために溶融粉末９１９が冷却する際形成し得る応力をさらに小さくすることができる（図示の目的のため図９Ｄに示されている）。
【００５２】
この例において、通過のそれぞれにおける走査経路は同一である。しかしながら、様々な実施形態において、走査経路は異なることができる。例えば、第１の走査経路は粉末レイヤ全体のラスタ走査を含むことができ、一方で第２の走査経路は融合エリアに融合エリアの周囲のエリアを加えたもののみを含むことができ、第３の走査経路は融合エリアにおけるベクタ走査経路のみを含むことができ、第４の走査経路は融合エリアにおける異なるベクタ走査経路を含むことができる。
【００５３】
図１０はＰＢＦのための複数回通過走査の例示の方法のフローチャートである。粉末のレイヤを支持することができる（１００１）。例えば、図１Ａ〜Ｄに関して上述したように、粉末床は粉末材料の次のレイヤを支持することができ、また粉末床は造形プレートによって支持されることができる。エネルギービームを発生させることができる（１００２）。例えば、エネルギービーム源１０３などのエネルギービーム源は、エネルギービームを発生させることができる。別の例は、電子グリッド２０１、電子グリッドモジュレータ２０３、およびフォーカス２０５によって発生させられるフォーカスされた電子ビーム２０９であってもよい。複数の場所でレイヤ内の粉末材料のエリアを融合させるために複数回エネルギービームをあてることができる（１００３）。
【００５４】
いくつかの実施形態において、複数回通過走査を使用して造形片、造形片を含むエリア、粉末レイヤ全体などの温度プロファイルを制御することができる。上述のように、例えば図９Ａ〜Ｄは、融合エリアおよび融合エリアの周囲のエリアの温度を、予加熱などの制御される加熱および制御される冷却ができるよう制御できる、複数回通過走査の例示の実装形態を図示している。
【００５５】
図１１は融合エリアの、例示の複数回通過の制御される温度プロファイル１１０１を示している。複数回通過の制御される温度プロファイル１１０１は、第１のビーム印加が融合エリアを、融点を下回る温度まで加熱することができる予加熱１１０３を含むことができる。溶融１１０５の間、エネルギービームはあてられ続け、粉末は固体から液体に遷移する。融点１１０６の線は粉末の溶融する温度を表している。溶融プール１１０７の期間の間、溶融プールがピーク温度に達するまでエネルギービームはあてられ続け、次いで、エネルギービームは溶融粉末が冷却１１０９の期間の間冷却し始めるポイントにおいて、オフにされる。冷却する溶融粉末は融点１１０６に達し、固化１１１１の期間の間液体から固体へと遷移する。制御される冷却１１１３の期間の間、冷却温度はエネルギービームの定期的な印加によって制御される。
【００５６】
換言すると、複数回通過走査は時間に対する粉末レイヤに投入される（deposited）エネルギーの量（例えば、エネルギー投入の速度）を制御するために実装することができる。
【００５７】
様々な実施形態において、あるモデル、例えば、造形片、緩い粉末などの加熱冷却メカニズムの物理学ベースの熱モデル、に基づいて温度を制御することができる。様々な実施形態において、温度制御は温度フィードバックシステムに基づくことができる。例えば、図１Ａ〜Ｄの温度センサ１２２は溶融粉末の温度を感知することができ、図２のコントローラ２０６などの走査コントローラは所望の制御される冷却を達成するために温度情報を使用して複数回通過走査を制御することができる。様々な実施形態において、融合エリアの周囲のエリアのような緩い粉末のエリア、粉末床全体などの、他のエリアの温度プロファイルを制御することができる。
【００５８】
図１２はＰＢＦのための複数回通過温度プロファイル制御（multi-pass temperature profile control）の例示の方法のフローチャートである。方法は、第１の通過（first pass）においてエネルギービームをあてること（１２０１）、および第１のビーム印加の後、ワークエリアのエリアの温度を感知すること（１２０２）を含む。例えば、温度センサ１２２などの温度センサを使用して融合エリア内の溶融粉末の温度を感知し、温度が第２のビーム印加のために十分低いかどうかを判断することができる。感知された温度に基づいて第２の通過においてエネルギービームをあてることができる（１２０３）。例えば、溶融粉末の温度があまりにも速く降下する場合、第２のビーム印加は冷却速度を遅くするようにあてることができる。
【００５９】
様々な実施形態において、融合エリア全体を走査することにより、制御される焼結／溶融の温度プロファイルを実装することができる。融合エリア全体を、制御される加温、溶融、冷却および応力除去ができるようなやり方で感光させることができる。例えば、加温工程において、造形片の熱勾配を広くして熱応力を防ぐための大きな貫通力（penetration）および高速走査速度のために、エネルギービーム出力を上昇させることができ、これは、内部応力が小さく寸法公差（dimensional tolerancing）のよい造形につながる。粉末床に配置される熱カメラおよび熱電対は温度フィードバックを与えることができる。
【００６０】
様々な実施形態において、投入されるエネルギーの量を制御することは、例えばエネルギービームをあてることなく走査を通過させることによって場所のそれぞれについてのエネルギービームの印加同士の間の時間を制御すること、を含むことができる。様々な実施形態において、投入されるエネルギーの量を制御することは、場所のそれぞれにエネルギービームをあてる回数を制御することを含むことができ、例えば図９Ａ〜Ｄの例におけるエネルギービームは融合エリアに３回あてられ、融合エリアの周囲のエリアには２回あてられる。様々な実施形態において、投入されるエネルギーの量を制御することは、エネルギービームの出力を制御することを含むことができる。この場合、例えば複数回通過走査の異なる通過において、異なるビーム出力を使用することができる。例えば、制御される冷却に使用される予加熱には、異なるビーム出力を使用することができる。
【００６１】
前述の説明はあらゆる当業者が本明細書で説明される様々な態様を実践できるようにするために提供される。本開示を通じて提示されたこれらの例示の実施形態に対する様々な修正形態は当業者にとって容易に明らかとなろう。したがって、特許請求の範囲は本開示を通して提示されるこれらの例示の実施形態に限定されるよう意図されていないが、文言通りの特許請求の範囲と一貫する完全な範囲に与えられるものである。既知の、または後に当業者に知られることになる、本開示を通して説明されるこれらの例示の実施形態の要素に対するすべての構造的な、および機能的な等価物は、特許請求の範囲によって包含されるよう意図されている。さらに、本明細書で開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に述べられているかどうかに関わらず、公共に捧げられることを意図されていない。要素が語句「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」を使用して明示的に述べられない限り、または方法クレームの場合、要素が語句「ｓｔｅｐ  ｆｏｒ」を使用して述べられない限り、クレーム要素は、米国特許法第１１２条（ｆ）の既定、または該当する管轄権にある類似の法の下で解釈されない。
【図１Ａ】
2020518722.tif 000003
【図１Ｂ】
2020518722.tif 000004
【図１Ｃ】
2020518722.tif 000005
【図１Ｄ】
2020518722.tif 000006
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2020518722.tif 000009
【図４Ａ】
2020518722.tif 000010
【図４Ｂ】
2020518722.tif 000011
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2020518722.tif 000015
【図５Ｄ】
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【図６】
2020518722.tif 000017
【図７】
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【図８Ａ】
2020518722.tif 000019
【図８Ｂ】
2020518722.tif 000020
【図８Ｃ】
2020518722.tif 000021
【図９Ａ】
2020518722.tif 000022
【図９Ｂ】
2020518722.tif 000023
【図９Ｃ】
2020518722.tif 000024
【図９Ｄ】
2020518722.tif 000025
【図１０】
2020518722.tif 000026
【図１１】
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【図１２】
2020518722.tif 000028
【国際調査報告】
2020518722.tif 000029
2020518722.tif 000030
2020518722.tif 000031