(57)【要約】  粉末床融合（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ−Ｂｅｄ  Ｆｕｓｉｏｎ）システムにおいて、帯電した粉末粒子の散乱を低減させるためのシステムおよび方法が提供される。ＰＢＦ装置は複数の粉末の粒子を有する粉末材料のレイヤを支持する構造を含むことができる。例えば、構造は造形プレート、造形フロア、造形片などであることができる。装置はまたエネルギービームを発生させるエネルギービーム源および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る。エネルギービームは粉末の粒子を帯電させることができる。装置はまた構造と帯電した粉末の粒子との間で電気的な力を発生させる電気的システムを含むことができる。例えば、電気的システムは構造に第１の電圧を印加する電圧源を含むことができる。【選択図】図７
2020518723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粉末の粒子を有する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、
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であって、前記エネルギービームが前記粉末の粒子を帯電させる、偏向器と、
前記構造と前記帯電した粉末の粒子との間に電気的な力を発生させる電気的システムと
を備える、粉末床融合のための装置。
【請求項２】
前記電気的システムが前記構造に第１の電圧を印加する電圧源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記偏向器に配置構成される１つまたは複数の追加的な構造をさらに備え、前記電圧源が前記１つまたは複数の追加的な構造に第２の電圧を印加するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記偏向器に配置構成される１つまたは複数の追加的な構造をさらに備え、前記電気的システムが前記１つまたは複数の追加的な構造に電圧を印加する電圧源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記１つまたは複数の追加的な構造が前記エネルギービームへの影響を低減させるために前記偏向器に配置構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記１つまたは複数の追加的な構造によって前記エネルギービームに対する影響を補償するために、前記偏向器で動作する制御システムをさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記偏向器が前記エネルギービームを偏向させるよう帯電するように構成されるシールドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記偏向器が粉末材料の前記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ために前記エネルギービーム源を位置的に制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
粉末材料支持構造を含む１つまたは複数の構造と、
粉末材料支持表面に向けられたエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源に動作可能に結合された偏向器と、
前記１つまたは複数の構造のうちの少なくとも１つに接続される電圧源と
を備える、粉末床融合のための装置。
【請求項１０】
前記電圧源が前記粉末材料支持構造に接続される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の構造が少なくとも１つのシールドをさらに含み、前記電圧源が前記少なくとも１つのシールドのそれぞれにさらに接続される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の構造が複数のシールドをさらに含み、前記電圧源が前記シールドのそれぞれに接続される、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記シールドが、前記偏向器と前記粉末材料支持構造との間で延在する垂直な軸の周囲に対称的に配置構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のシールドによってエネルギービームに対する影響を補償するために、前記偏向器に動作可能に結合される制御システムをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記偏向器がシールドを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記偏向器が前記エネルギービーム源を位置的に制御するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
構造の上の粉末材料のレイヤを支持するステップであって、前記粉末材料が複数の粉末の粒子を有する、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、
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走査するステップであって、前記エネルギービームが前記粉末の粒子を帯電させる、走査するステップと、
前記構造と前記帯電した粉末の粒子との間に電気的な力を発生させるステップと
を含む、粉末床融合のための方法。
【請求項１８】
電気的な力を発生させる前記ステップが前記構造に第１の電圧を印加するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記レイヤに配置構成される１つまたは複数の追加的な構造に第２の電圧を印加するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レイヤに配置構成される１つまたは複数の追加的な構造に電圧を印加するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の追加的な構造が前記エネルギービームへの影響を低減させるために前記レイヤに配置構成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の追加的な構造によって前記エネルギービームに対する影響を補償するために、前記エネルギービームを補償するステップをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記エネルギービームを走査する前記ステップが前記エネルギービームを偏向するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記エネルギービームを走査する前記ステップが、エネルギービーム源を位置的に制御するステップを含む、請求項１７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「ＳＣＡＴＴＥＲ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＡＤＤＩＴＩＶＥ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ」と題する米国特許出願第１５／５８２，４９３号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は一般的に付加製造（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）に関し、より詳細には、粉末床融合（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ−Ｂｅｄ  Ｆｕｓｉｏｎ）などのＡＭ適用例において帯電した粉末の散乱を低減することに関する。
【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、構造体（造形片と称される）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こと、および粉末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。造形片の次のスライスを形成するためにプロセスを次々と繰り返すことができる。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】
粉末レイヤを融合させるために使用されるいくつかのエネルギービームはまた粉末の粒子の一部をレイヤから散乱または飛散させることがある。例えば、電子ビームを粉末レイヤにあてることは粉末の粒子の一部を帯電させることができる。粉末粒子の電荷は互いに反発し、粒子の一部を粉末レイヤから飛び出させる、「スモーキング（smoking）」としても知られる現象を引き起こす。場合によっては、散乱した粉末はＡＭ動作と干渉し、造形片の品質低下を招くことがある。
【発明の概要】
【０００５】
ＰＢＦシステムにおいて粉末の散乱を低減する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、複数の粉末の粒子を有する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、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、を含むことができる。エネルギービームは粉末の粒子を帯電させることができる。装置はまた構造と帯電した粉末の粒子との間で電気的な力を発生させる電気的システムを含むことができる。
【０００７】
様々な態様において、ＰＢＦのための装置は、粉末材料支持構造を含む１つまたは複数の構造と、粉末材料支持表面に向けられたエネルギービーム源と、エネルギービーム源に動作可能に結合された偏向器と、構造のうちの少なくとも１つに接続される電圧源とを含むことができる。
【０００８】
例示としてほんのいくつかの例示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、本明細書で説明される概念は、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。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１Ａ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｂ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｃ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図１Ｄ】動作の異なる工程の間の、例示のＰＢＦシステムを示している。
【図２】ＰＢＦにおける粒子の散乱の例を図示する拡大図を示している。
【図３】粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装形態の、別の例示の実施形態を示す。
【図４】粒子の散乱を低減する例示の実施形態を図示する拡大図を示している。
【図５】粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装形態の、別の例示の実施形態を示す。
【図６】粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装形態の、別の例示の実施形態を示す。
【図７】電場によって引き起こされる例示のビーム誤差を示している。
【図８】ビーム補償システムを含む電気的システムの例示の実施形態を示す。
【図９】ＰＢＦシステムにおける粉末の散乱を低減するための方法の例示の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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例示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。
【００１２】
本開示はＰＢＦシステムにおいて、帯電した粉末の散乱、すなわちスモーキング（smoking）を低減することを対象としている。ＰＢＦシステムは、例えばシステム内の１つまたは複数の構造が帯電されて、帯電した粉末の粒子と粉末レイヤとの間に電気的な力を作るように、製作され得る。電気的な力は帯電した粉末の粒子が粉末レイヤから飛び散らないよう保つことができる。例えば造形片は、造形片がアノードまたは疑似アノードとなるよう帯電されて電荷が蓄積された粉末粒子（charge-accumulated powder particles）が反発される代わりに床に引き付けられるようにすることができる。さらには、帯電した静的なシールドが、ビーム偏向を低減するために、電荷が蓄積された粒子が造形チャンバに引き付けられることを防ぐために、均一に近い場で負の電位で配置されることができる。これらのメカニズムによって作られるあらゆる偏向はＰＢＦシステムの制御システムによって特徴づけることができ、もともとのビーム偏向コマンドで補償が与えられ得る。
【００１３】
図１Ａ〜Ｄは動作の異なる工程の間の、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、またチャンバ１１３は他の構成要素を囲い込むことができる。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。
【００１４】
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、粉末の次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、複数のレイヤ、例えば５０レイヤにおいてスライスを既に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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。したがって、ＰＢＦシステム内の粉末は、例えば、造形プレート、造形フロア、造形片などを含むことができる粉末材料支持構造によって支持することができる。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、５０の先に堆積したレイヤに使用される実際の厚みよりも厚い。
【００１７】
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は電子ビームを偏向させて融合されることになるエリアを横切って走査する電場または磁場を発生させることができる偏向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はレーザビームを反射および／または屈折させて融合されるべきエリアを横切って走査する光学系を含むことができる。様々な実施形態において、偏向器はエネルギービームを位置付けるためにエネルギービーム源を回転および／または並進させることができる１つまたは複数のジンバル（gimbal）およびアクチュエータ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。
【００１８】
図１Ｄに散乱された粉末粒子１２９として示されるように、エネルギービーム１２７の印加は粉末の粒子を粉末レイヤから飛散させることがある。上述のように、散乱された粉末粒子１２９は印刷動作と干渉することがあり、造形片の品質低下を招くことがある。
【００１９】
図２はＰＢＦにおける粒子の散乱の例を図示する拡大図を示している。特に、図２は粉末レイヤ２０３を横切って太矢印の方向に走査するエネルギービーム２０１を示している（すなわち右に向かって走査している）。エネルギービーム２０１があてられると、粉末は融合粉末２０５へと融合し、造形片２０７を形成する。図２の見え方では、前のスライスの上部２０９、ならびにそれまでに融合されている現在のスライス２１１の部分が見える。エネルギービーム２０１が、粉末レイヤ２０３のエリアにあてられそのエリアを加熱して融合させると、粉末粒子の一部が帯電され得る。この例において、粉末粒子の一部は負に帯電することができ、これらの帯電した粉末粒子を「−」記号によって表す。例えば、エネルギービーム２０１は電子ビームであることができ、電子ビームは電子のビーム、すなわち負に帯電した粒子のビームであり得る。電子ビーム中の電子は粉末粒子によって捉えられることがあり、それによって粉末粒子が負に帯電する。
【００２０】
負に帯電した物体は、静電力によって、互いに反発しあう。図２に示されるように、負に帯電した粉末粒子が極近傍に十分にある場合、それらの間の反発する静電力は重力に打ち勝つことができ、帯電した粉末粒子の一部を粉末レイヤ２０３から上方向に飛ばしてしまう。これらの粉末粒子は散乱された粉末粒子２１３として示されている。
【００２１】
図３は粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装の、別の例示の実施形態を示す。電気的システム３００は電圧源３０１および電圧源３０３を含むことができる。この例において、電圧源３０１の正極端子は造形フロア３０７の開口部を通じて造形プレート３０５に接続することができる。造形プレート３０５および造形フロア３０７は粉末床３０９および導電性の造形片３１１を支持することができる。例えば、導電性の造形片３１１は金属または他の導電性の材料から形成することができる。
【００２２】
この例において、造形プレート３０５は導電性であり得、導電性の造形片３１１に電気的に接続することができる。例えば、導電性の造形片３１１は造形プレート３０５へ融合することができる。造形プレート３０５の電圧源３０１への接続によって、正の電荷を造形プレート上および導電性の造形片上に集めることができる。正の電荷は電場線３１２によって示される電場を作ることができる。この例において、正の電荷が導電性の造形片３１１の上部に集まることができるため、特に造形片の上部が造形プレートから遠い場合、造形片の上部の粉末レイヤを通る電場は図３の例にある電場に比べて強くなり得る。これによって、電気的システム３００はより効率的に粉末の散乱を低減することができる。
【００２３】
電圧源３０３は電子ビームを作成するために使用される加速電圧として電子ビーム源３１３に印加され得、電子ビームは粉末を融合するために偏向器３１５によって走査することができる。この場合、電圧源３０３の正極端子は電子ビーム源３１３のアノードである。電圧源３０１はまた電子ビーム源３１３のアノードに接続され、それによって電圧源３０１がアノードと造形プレート３０５との間に印加される。このやり方で、例えば、電圧源３０１によって印加される電圧は、強力なビームエネルギーのためにさらにビームを加速することにより、粉末の散乱を低減し、ビーム変調ゲインを向上させることを助けることができる。
【００２４】
図４は粒子の散乱を低減する例示の実施形態を図示する拡大図を示している。特に、図４は、上記の導電性の造形片３１１などの、導電性の造形片４００の上部を図示している。エネルギービーム４０１は粉末レイヤ４０３を横切って太矢印の方向に走査する（すなわち右に向かって走査している）。エネルギービーム４０１があてられると、粉末は融合粉末４０５へと融合し、造形片４００を形成する。図４の見え方では、前のスライスの上部４０９、ならびにそれまでに融合されている現在のスライス４１１の部分が見える。エネルギービーム４０１が、粉末レイヤ４０３のエリアにあてられてそのエリアを加熱して融合すると、粉末粒子の一部が帯電され得る。この例において、粉末粒子の一部は、「−」記号によって表すように、負に帯電することができる。例えば、エネルギービーム２０１は電子ビームであることができ、電子ビーム中の電子は粉末粒子によって捉えられることがあり、それによって粉末粒子が負に帯電する。
【００２５】
この例において、導電性の造形片４００は上記の図３の電気的システム３００などの電気的システムに接続することができ、それによって正の電荷が導電性の造形片の上部に集まる。正の電荷は電場線４１３として示される電場を作り出すことができ、負に帯電した粉末粒子を引き付けることができる。正負の電荷の間の電場線４１３によって、引力が図４に示される。負に帯電した粉末粒子に電場によって働く引力は粉末粒子同士の間の反発力よりも大きく、固定化された粉末粒子４１５によって図示されるように、負に帯電した粉末粒子が上方向に飛ぶことを防ぐことができる。このやり方で、例えば、粉末の散乱を低減することができるか、または解消することができる。
【００２６】
図５は粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装の、別の例示の実施形態を示す。電気的システム５００は電圧源５０１および電圧源５０３を含むことができる。この例において、電圧源５０１の正極端子は、造形プレート５０７、粉末床５０９、および造形片５１１を支持する造形フロア５０５に接続することができる。この実装形態において、造形フロア５０５は導電性であり得る。他の実装形態において、造形プレート５０７も導電性であり得る。他の実装形態において、造形プレート５０７および造形片５１１も導電性であり得る。粉末の散乱を低減させる、または解消させるための異なる実装においては、異なる電場が生成され得る。
【００２７】
電圧源５０３は電子ビームを作成するために使用される加速電圧として電子ビーム源５１３に印加され得、電子ビームは粉末を融合するために偏向器５１５によって走査することができる。この場合、電圧源５０３の正極端子は電子ビーム源５１３のアノードである。電圧源５０１はまた電子ビーム源５１３のアノードに接続され、それによって電圧源５０１がアノードと造形フロア５０５との間に印加される。このやり方で、例えば、電圧源５０１によって印加される電圧は、強力なビームエネルギーのためにさらにビームを加速することにより、粉末の散乱を低減し、ビーム変調ゲインを向上させることを助けることができる。
【００２８】
図６は粉末の散乱を低減するための電気的なシステムの実装の、別の例示の実施形態を示す。電気的システム６００は電圧源６０１および電圧源６０３を含むことができる。この例において、電圧源６０１の正極端子は造形フロア６０７の開口部を通じて非導電性の造形プレート６０５の導電性のプラグ６０４に接続することができる。非導電性の造形プレート６０５および造形フロア６０７は粉末床６０９および導電性の造形片６１１を支持することができる。例えば、導電性の造形片６１１は金属または他の導電性の材料から形成することができる。
【００２９】
この例において、導電性の造形片６１１の最初の数レイヤを印刷する際、ＰＢＦシステムはまた導電性の造形片を導電性のプラグ６０４に接続することができる導電性の延在部６１２を印刷する。このやり方で、例えば、電圧源６０１を導電性の造形片６１１に接続し、正の電荷を導電性の造形片上に集めることができる。導電性の造形片６１１に集められた正の電荷によって生成される電場（図示せず）は、造形片の上の粉末レイヤからの粉末の散乱を低減、または解消することを助けることができる。正の電荷は、導電性の造形片６１１に集まるが非導電性の造形プレート６０５には集まらないため、造形プレートを帯電させる必要なく電場は造形片に集中されることができる。このやり方で、例えば、電圧源６０１によって発生される電圧を低減することができる。
【００３０】
電圧源６０３は電子ビームを作成するために使用される加速電圧として電子ビーム源６１３に印加され得、電子ビームは粉末を融合するために偏向器６１５によって走査することができる。この場合、電圧源６０３の正極端子は電子ビーム源６１３のアノードである。電圧源６０１はまた電子ビーム源６１３のアノードに接続され、それによって電圧源６０１がアノードと造形プレート６０５との間に印加される。このやり方で、例えば、電圧源６０１によって印加される電圧は、強力なビームエネルギーのためにさらにビームを加速することにより粉末の散乱を低減し、ビーム変調ゲインを向上させることを助けることができる。
【００３１】
様々な実施形態において、１つまたは複数の造形片を電圧源に接続するために、１つまたは複数の導電性の延在部を様々な形状および構成で形成することができる。例えば、複数の造形片を導電性の延在部の格子によって接続することができる。様々な実施形態において、導電性の延在部はそれぞれの造形片と電圧源との間で直接接続する必要がない。例えば、第１の導電性の延在部は第１の造形片を電圧源に接続することができ（例えば、図６におけるように導電性のプラグに直接接続する）、第２の導電性の延在部は第１の造形片を第２の造形片に直接接続することができる。このやり方で、例えば、第２の造形片を第１の造形片を介して電圧源に接続することができる（すなわち、直接には接続しない）。
【００３２】
図７は電場によって引き起こされる例示のビーム誤差を示している。電気的システム７００は電圧源７０１および電圧源７０３を含む。電圧源７０１の正極端子は造形フロア７０７の開口部を通じて導電性の造形プレート７０５に接続することができる。導電性の造形プレート７０５および造形フロア７０７は粉末床７０９および導電性の造形片７１１を支持することができる。導電性の造形プレート７０５は造形片に融合されるなどして導電性の造形片７１１に電気的に接続でき、それによって正の電荷が造形プレートおよび導電性の造形片上に集まり、図３の例に類似する電場を作ることができる。明確にするために、電場線は図７に示されていない。
【００３３】
電圧源７０３は電子ビーム７１５を作成するために使用される加速電圧として電子ビーム源７１３に印加され得、電子ビームは粉末を融合するために偏向器７１７によって走査することができる。この場合、電圧源７０３の正極端子は電子ビーム源７１３のアノードである。電圧源７０１はまた電子ビーム源７１３のアノードに接続され、それによって電圧源７０１がアノードと造形プレート７０５との間に印加される。このやり方で、例えば、電圧源７０１によって印加される電圧は、強力なビームエネルギーのためにさらにビームを加速することにより粉末の散乱を低減し、ビーム変調ゲインを向上させることを助けることができる。
【００３４】
いくつかの場合において、様々な実施形態によって生成される電場はエネルギービームを曲げることがある。この例において、電子ビーム７１５中の電子は正に帯電した導電性の造形片７１１に引き付けられることがあり、曲げられ得る。図７はゼロ場ビーム（zero field beam）７１９を示しており、ゼロ場ビーム７１９は目標スポット７２１にあたるためにゼロの電場において電子ビームが取るであろう経路を表している。エネルギービーム７１５の曲がりの量は電場の強さから決定することができる。したがって、偏向器７１７は予測されたビームの曲がりの量を補償することができ、図７に示されるように、エネルギービームをゼロ場ビーム７１９とは異なる方向に向けることにより目標スポット７２１にあたることができる。
【００３５】
図８はビーム補償システムを含む電気的システムの例示の実施形態を示す。図７の例と同じく、電気的システム８００は電圧源８０１および電圧源８０３を含むことができる。電圧源８０３は電子ビーム８１５を作成するために使用される加速電圧として電子ビーム源８１３に印加され得、電子ビーム８１５は粉末を融合するために偏向器８１７によってあてられることができる。電圧源８０１は造形フロア８０７の開口部を通じて電圧を電子ビーム源８１３のアノードと導電性の造形プレート８０５との間に印加することができる。導電性の造形プレート８０５および造形フロア８０７は粉末床８０９および導電性の造形片８１１を支持することができる。導電性の造形プレート８０５は造形片に融合されるなどして導電性の造形片８１１に電気的に接続でき、それによって正の電荷が造形プレートおよび導電性の造形片上に集まり、図３の例に類似する電場を作ることができる。明確にするために、電場線は図８に示されていない。
【００３６】
電気的システム８００はさらなる散乱の低減をもたらすよう帯電され得る追加的な構造を伴うシステムを含むことができる。この例において、追加的な構造は電圧源８０１の負極端子に接続され得るシールド８１９および８２０を含むことができる。負の電圧によって負の電荷をシールド８１９および８２０上に集めることができ、これは粉末床８０９の粉末レイヤ中の負に帯電した粉末粒子を反発することができる。換言すると、追加的に帯電した構造は、帯電した粉末粒子と粉末レイヤとの間の力を引き起こして、帯電した粉末粒子を粉末レイヤに向かって押し付ける電場を作ることができる。このやり方で、例えば、帯電した粉末粒子の散乱をさらに低減することができる。様々な実施形態において、追加的な構造が偏向器と粉末材料支持構造との間で延在する垂直な軸の周囲に対称的に配置構成され得る。このやり方で、例えば、電子ビーム８１５の偏向を最小とすることができる。様々な実施形態において、例えば、単一のシールドは、偏向器と造形プレートとの間を延在する垂直な軸を対称的に包み込む導電性の材料のリングを含むことができる。一定の電圧源をリングに印加することができる。リングの形状は、例えば、円形、長方形、トーラス（torus）などであってもよい。様々な実施形態において、リングの形状は粉末床の表面の形状を模することができる。
【００３７】
図９はＰＢＦシステムにおける粉末の散乱を低減するための方法の例示の実施形態のフローチャートである。ＰＢＦシステムは構造の上で粉末材料のレイヤを支持することができる（９０１）。例えば、粉末レイヤを粉末床および１つまたは複数の造形片の上面に堆積させることができ、粉末床および１つまたは複数の造形片は造形プレートによって支持することができる。ＰＢＦシステムはエネルギービームを発生させることができる（９０２）。例えば、ＰＢＦシステムは電子ビームを発生させる電子ビーム源を含むことができる。ＰＢＦシステムは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走査することができる（９０３）。例えば、ＰＢＦシステムは粉末レイヤを横切って電子ビームを走査するために電子ビームを偏向させる偏向器を含むことができる。エネルギービームは粉末の粒子を帯電させることができる。ＰＢＦシステムは構造と帯電した粉末の粒子との間で電気的な力を発生させることができる。例えば、ＰＢＦシステムは、電子ビーム源と、造形フロア、造形プレート、造形片などの構造との間に電圧を印加して、帯電した粉末の粒子を粉末レイヤに引き付ける静電力をもたらす電場を作る電気的システムを含むことができる。このやり方で、例えば、帯電した粉末の散乱を低減することができるか、または解消することができる。
【００３８】
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】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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