(57)【要約】  ３Ｄ成形部品を製造する方法及び装置であって、ここでは、スペクトル変換器が使用される。これは、放射線、例えば電磁的な熱放射線を吸収し、１つ又は複数の、定められた波長範囲を放射又は出力する手段として規定されている。ここで、スペクトル変換器は、電磁的な熱放射線（短波又は長波の放射線）の放出源、すなわち、ランプ又は放射器、例えばオーバヘッド放射器又は焼結ユニットによって照射され、定められた電磁的な熱放射線を出力する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ成形部品を製造する方法であって、
粒子状の造形材料が、定められた層において、コータによって造形領域上に塗布され、１つ又は複数の吸収剤の１つ又は複数の液体又は粒子材料が選択的に塗布され、放射器によってエネルギが入力され、
選択的に塗布された吸収剤を有している領域が選択的に硬化され、前記造形領域が１層の厚さぶんだけ降下され、又は、前記コータが１層の厚さぶんだけ上昇され、
前記工程は、所望の前記３Ｄ成形部品が生成されるまで繰り返される、方法において、
前記方法は、少なくとも１つのスペクトル変換器を使用する
ことを特徴とする、３Ｄ成形部品を製造する方法。
【請求項２】
前記スペクトル変換器は、短波又は長波の放射線をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用される粒子材料のスペクトルに適合するように、フィルタリングされた放射線範囲が選択され、有利には、前記粒子材料上に放射されるスペクトルの波長は、８〜３．５μｍであり、
有利には、粉末材料として、ポリアミド粉末、ポリアミドベースの熱可塑性エラストマ又はウレタンベースの熱可塑性エラストマが使用される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
塗布された前記粉末層が、第１の加熱ステップによって、前記粒子材料の焼結窓内に位置する、吸収剤を有していない粉末の基本温度まで加熱され、
第２の焼結ステップが、熱供給によって、前記粉末の融解温度を上回る焼結温度での、吸収剤によって印刷が施されている領域の選択的な硬化を生じさせ、
選択的に吸収剤が塗布された前記領域は、前記第１のステップにおいて、吸収剤を有していない前記領域よりも強く加熱され、従って、吸収剤を有している領域と吸収剤を有していない領域との間で温度差が生じる、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
３Ｄ成形部品を製造する装置であって、
粉末ベースのプリンティング方法に必要なすべてのコンポーネントを含む装置において、
有利には、冷却スロット、冷却凹部、冷却溝又は／及び冷却穴を有している少なくとも１つのスペクトル変換器を有している
ことを特徴とする、３Ｄ成形部品を製造する装置。
【請求項６】
前記スペクトル変換器は、選択された波長範囲を定め、前記波長範囲をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタであり、
有利には、前記フィルタはホウケイ酸ディスクである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記選択された波長範囲は、有利には、８μｍ〜３．５μｍ又は３．５μｍ〜０．５μｍの波長範囲にある長波又は短波の赤外線から選択され、
有利には、少なくとも２つのスペクトル変換器が実質的に上下に配置されており、有利には、前記少なくとも２つのスペクトル変換器の間に空所がある、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記コンポーネントは、造形プラットフォーム、側壁、ジョブボックス、コータ（リコータ）、プリントヘッド、セラミックフィルム、エネルギ入力手段、有利には少なくとも１つの放射器、有利にはオーバヘッド放射器又は／及び焼結放射器ユニットから選択される、請求項５から７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記オーバヘッド放射器は、前記粒子材料及び／又は前記造形領域上に照射される８〜３．５μｍの波長範囲を放射し、又は／及び、有利にはフィルタを含む前記焼結放射器ユニットは、前記粒子材料及び／又は前記造形領域上に照射される３．５〜０．５μｍの波長範囲を放射する、請求項５から８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置はさらに、流体冷却式ラジエータ、ファン、造形コンテナの断熱材、造形プラットフォームの断熱材、抵抗加熱ヒータ、加熱コイル、コータの抵抗加熱ヒータ、高温計、ディフューザ及び赤外線放射器を含むグループから選択される１つ又は複数のコンポーネントを有している、請求項５から９までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形技術を用いて３次元モデルを製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第０４３１９２４号明細書には、コンピュータデータから３次元対象物を製造する方法が記載されている。ここでは、粒子材料が薄い層でプラットフォーム上に塗布され、プリントヘッドを用いて結合剤材料によってこれに選択的に印刷が施される。結合剤によって印刷が施されている粒子領域は、結合剤と、場合によっては追加の硬化剤の影響のもとで接着し、硬化する。次に、プラットフォームを１層の厚さぶんだけ造形シリンダ内に降下させ、粒子材料の新しい層を設ける。これには上述したように、同様に、印刷が施される。これらのステップは、対象物のある程度の所望の高さが得られるまで繰り返される。このようにして、印刷が施され、硬化した領域から３次元対象物が生じる。
【０００３】
硬化した粒子材料から製造されたこのような対象物は、完成後に、ゆるい粒子材料内に埋め込まれており、その後、そこから解放される。これは、例えば吸引器によって行われる。その後、所望の対象物が残り、この対象物から、例えばブラッシングによって残留粉末が除去される。
【０００４】
他の粉末サポート式のラピッドプロトタイピングプロセス（モデルの層毎の構築又は積層造形技術とも称される方法）、例えば粉末焼結積層造形（選択的レーザ焼結）方法又は電子ビーム焼結も同様に動作し、ここではそれぞれ同様に、ゆるい粒子材料が層毎に塗布され、制御された物理的な放射線源によって選択的に硬化される。
【０００５】
以降では、これらの方法は、すべて「３次元プリンティング方法」又は３Ｄプリンティング方法という用語のもとに解される。
【０００６】
粉末状の材料と液体の結合剤の導入に基づく３Ｄプリントは、積層造形技術の中で最も速い方法である。
【０００７】
このような方法によって、種々の粒子材料、特にポリマ材料も処理可能である。しかし、ここでの欠点は、粒子材料床がある程度のバルク密度（通常は固体密度の６０％）を超えることができないということである。しかし、所望の構成部分の強度は、得られる密度に大きく依存する。この点でここでは、構成部分の高い強度のために、液体の結合剤の形態で粒子材料体積の４０％以上が追加される必要があるだろう。これは、入力が一滴ずつ行われることが原因で、相対的に時間がかかるプロセスであるというだけではなく、多くのプロセス上の問題も引き起こす。これらは例えば、硬化時の大量の液体の必然的な収縮によって生じる。
【０００８】
「高速焼結（Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）」という用語のもとで技術分野において知られている他の実施形態では、粒子材料は赤外線の入力を介して硬化される。粒子材料はここで、融解過程を介して物理的に結合される。ここで、プラスチックが無色の場合は、熱放射線の比較的不良な吸収が利用される。これは、プラスチックにＩＲアクセプタ（吸収剤）を入れることによって何倍にも増やされる。ＩＲ放射線はここで、種々の手法、例えば、造形領域にわたって一様に動かされる棒状のＩＲランプを介して入れられる。ＩＲアクセプタによって各層に所期のように印刷を施すことを介して選択性が得られる。
【０００９】
これによって、印刷が施されている箇所では、ＩＲ放射線が、印刷が施されていない領域よりも格段に良好に、粒子材料内へ結合する。これは、融点を超える、層における選択的な加熱をもたらし、これによって選択的な硬化をもたらす。このようなプロセスは、例えば欧州特許第１７４０３６７号明細書及び欧州特許第１６４８６８６号明細書に記載されており、以降では、ＨＳＳという短縮形で表される。
【００１０】
レーザ焼結プロセスから、このような方法でも処理可能な種々の材料が知られている。ここで傑出して極めて重要な材料は、ポリアミド１２（ＰＡ１２）である。このような材料の製造業者はいくつかある。積層造形方法にとって優れた強度が得られる。
【００１１】
この材料は、このような質で直接的に処理可能な微細な粉末として入手可能である。しかし、製造プロセスが原因で、標準的なポリアミドのコストを２０〜３０倍上回り得る高いコストが発生する。
【００１２】
従来技術の高速焼結プロセスでは、粉末は、レーザ焼結の場合と同様に、処理のために、材料の融点に近い温度にされる。この際に粉末は「劣化」し、その後のプロセスにおいて限られた範囲でしか投入可能ではない。リサイクル率が低くなり、これはプロセスコストに悪影響を及ぼす。
【００１３】
構成部分の正確さは、プロセス制御の影響を大きく受ける。ここでは、粉末床密度及び造形空間における温度等のパラメータの均一性が極めて重要である。
【００１４】
高速焼結の既知の方法は、多数の欠点を含んでおり、これらは一方ではリサイクル率に関係し、他方ではプロセスコストに関係し、ひいては単位原価を増大させ、相対的に高価にする。特に、粉末の劣化は極めて重大な問題であり、これに関連する低いリサイクル率は、このようなプロセスの普及を大きく妨げている。これまでのところ、印刷が施されていない粉末の約５０％をプロセスの後に交換する必要がある。粉末価格が約８０ユーロ／ｋｇであり、造形体積が数百リットルである場合、高い金銭的費用が必要になる。
【００１５】
プロセス関連の問題を解決し、これによってコストを削減するための１つのアプローチは、より安価な粉末を使用することである。しかし、多くの粉末には、安全に処理するのに十分な「焼結窓」がないため、このような手法は狭く制限されている。これは、粉末に対して、安定したプロセスパラメータがほとんど見つからないことを意味する。
【００１６】
他のアプローチは、粉末の劣化を化学的に制限することである。ここで、レーザ焼結では、例えば、窒素で洗い流される機械が一般的である。これによって、粉末の酸化を防ぐことができる。しかし、ポリマの二次反応によって硬化反応の一部が発生するため、方法関連の理由だけで劣化を完全に制限することは不可能である。このような二次反応を制限することは、強度が大きく制限されることを意味する。
【００１７】
既知の高速焼結方法の問題は、有利な方法条件の設定であり、これは例えば、使用される粒子材料に関連する温度窓である。高速焼結方法は極めて多くのプロセスパラメータを統合し、ここで使用される３Ｄプリンタは極めて多くの構造的な特徴と構成部分を有しているので、適切な構成部分を組み立て、改善された方法条件を可能にする、有利な又は改善された方法のフローを調整することは困難である。しばしば、受け入れ可能な方法の結果に達し、高品質の３Ｄパーツを得るために、又は、方法を最適化するために、どのような構造的な変更が必要であるのかを確定することは不可能である。
【００１８】
方法条件の調整時の他の問題は、一方では、望ましい有利な特性を備えた十分に強い構成部分が製造され、同時に、硬化されるべきではない粒子材料が方法条件にさらされ、これによって容易な開梱が可能なままであるように、方法条件を組み合わせることである。これに関する問題は、周辺材料がこの方法において過度に強く硬化され、従って、構成部分からの分離が不良になる、又は、高いコストによってのみ構成部分からの分離が行われるということである。
【００１９】
他の問題は、高速焼結方法３Ｄプリンティング方法用に構築可能な従来のＩＲ放射器の放射特性である。
【００２０】
熱を伴って動作する従来のＩＲ放射器の放射特性は、種々の波長の幅広い、連続したスペクトルから成り、その分布は放射に関するプランクの法則にほぼ相当している。十分に高い出力密度と長い耐用年数を実現するために、通常、短波の石英管赤外線放射器が投入され、その加熱コイルの温度は２４００Ｋであり、従って、約１．２μｍのピーク波長を有している。
【００２１】
これらの放射器を使用して焼結過程を実行することは可能であるが、放射スペクトルに含まれる長波成分は、このプロセスにおいて、印刷が施されていない粉末のコントロールされていない加熱を引き起こし、これによって、この粉末もある程度焼結されてしまう。これは、プリンティング方法及び製造される製品の質を下げ、焼結されるべきではない粒子材料の再利用性を下げるため、不利であり、望ましくない。
【００２２】
両方の領域タイプ、すなわち、硬化されるべきではない領域と３Ｄ成形部品の製造のために焼結されるべき領域、又は、印刷が施されている領域と印刷が施されていない領域に、所期のように影響を与えることを可能にするという課題は、限定的にしか解決されない。
【００２３】
従って、焼結過程時の低いエネルギ入力の結果としての、生成された成形体の不良な機械的特性と、高いエネルギ入力の結果としての、自身の幾何学的形状に影響する構成部分での強い付着との間で妥協が必要になる。さらに、成形体の狭い間隙内の粉末はもはや除去されない。
【００２４】
得られる最大の粉末リサイクル率は、高いエネルギ入力の場合には著しく低下するので、新鮮な粉末の必要な添加量によって高いコストが発生する。
【００２５】
従来の短波のＩＲ放射器の高い加熱コイル温度がそれを囲む石英ガラス管の加熱を生じさせるということによって、この作用はさらに問題になる。これによって、この温度は最高９００Ｋに達し、これによってそれ自体が長波から中波のＩＲ放射線の放出源となり、従って、いわゆる「二次放射器」となる。
【００２６】
単色の放出源、例えばＬＥＤを使用した、長波のＩＲ放射線のこの問題の解決策は、高い出力密度が必要なために、極めて多くの費用がかかり、かつ、手間がかかる。従って、実際には実現可能ではない。
【００２７】
同様に、コイル温度が比較的高い、又はピーク波長が比較的小さい、ひいては長波の放射線成分が比較的少ない特殊な熱的な近赤外線放射器の使用は、高い技術的な要求を課す。これは例えば、特にコイルフィードスルーでの放射管の十分な冷却である。さらに、２つの解決策は現時点では市場で確立されていないため、入手が困難である。さらに、ワイヤ温度が高いため、近赤外線放射器の耐用年数は短波の放射器に比べて格段に短い。これによって生じる付加的なコストによって、放射器ユニットの購入コストが高くなってしまう。これは、高速焼結方法用の既知の装置のさらなる欠点である。
【００２８】
タングステン−ハロゲンサイクルプロセスを伴う放射器の投入は、ユニットの頻繁なオンとオフと、その結果として生じる短い耐用年数のために適切ではない。
【００２９】
従来技術に従って、焼結されるべきではない箇所で、一種の反射液を印刷に用いることは可能であるが、低いコストで行うことはできない。通常は最大２０％である付加製造方法の僅かな空間充填が原因で、これは残りの領域を濡らすための反射液の消費量が多いことも意味し、これは高い動作コストに反映される。さらに、プリントヘッドの数を２倍にする必要がある。
【００３０】
焼結ランプの放射特性に基づいて、粉末床上で温度分布の不均一性が生じる。これらは、焼結ランプが理想的な無限の長い放射器ではないことによって生じる。従って、焼結走行中に造形領域の縁部に入れられるエネルギは基本的に、中央部分よりも少なくなる。これによって、造形領域の縁部の近傍で成形体の層結合は減少する。このような作用は、焼結ランプを大きくすることによってほぼ取り除かれるが、これは温度制御に有利である機械のコンパクトな構造への要求と矛盾する。
【００３１】
プロセス温度の調整は、従来技術では、造形領域上の放射ヒータによって行われる。これらは有利には、粒子材料を最も効果的に加熱し、印刷が施されている粉末領域に関して選択性を持たないため、長波から中波の赤外線放射器として設計されている。このように、必要な長波の赤外線が低い温度に付随して生じるため、これらの波長の放射器及び性能データは、従来技術では、熱放出源として構成されている。ここでは通常、抵抗加熱ヒータ又はワイヤを使用した熱伝導を介して、良好に放出する領域が加熱される。
【００３２】
このような放出材料の熱伝導は数分の時間範囲にあるため、これは操作値の変化に対して極めて緩慢に反応する。
【００３３】
すなわち、従来技術では、プロセスに関連するこの２つの温度を完全に別個に制御することはできない。従って、造形プロセス全体内で生成される３Ｄ成形体の安定したプロセス制御と、これに伴う一定の機械的な特性はほぼ実現不可能である。
【００３４】
プロセス全体を制御できないため、ＰＡ１２に基づいていない他の粒子材料、例えばＴＰＵ（ウレタンベースの熱可塑性エラストマ）ベースの材料系の処理は困難である。温度制御の調整が不良であるので、現在、既知の高速焼結方法（高速焼結３Ｄプリンティング方法）及び装置用の新たな材料の開発は著しく制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】欧州特許第０４３１９２４号明細書
【特許文献２】欧州特許第１７４０３６７号明細書
【特許文献３】欧州特許第１６４８６８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
従って、本発明の課題は、従来技術の欠点を低減すること又はそれらを完全に回避することである。
【００３７】
本発明の他の課題は、２つの異なる温度又は温度窓若しくは温度範囲、すなわち、一方では、加熱温度範囲若しくは基本温度範囲又は加熱温度若しくは基本温度、他方では、焼結温度窓又は焼結温度範囲若しくは焼結温度が、より良好に制御可能な装置及び／又は方法を提供することである。
【００３８】
本発明の他の課題は、「印刷が施されている」領域タイプの領域と「印刷が施されていない」領域タイプの領域の加熱を所期のように、かつ、低コストに行うことを可能するために、方法及び装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】例示的な構成の加熱システム。
【図２】前に配置されたフィルタ要素ａ）、複数のフィルタ要素ｂ）、冷却部ｃ）又はディフューザｄ）を備えた焼結ランプの例示的な構成。
【図３】本発明のプロセスのフローチャート。
【図４】ａ）ポリアミド１２等の粉末の概略的なエネルギ吸収曲線及び放出曲線、ｂ）領域タイプ「印刷が施されていない領域」の、液体線及び固体線とともに示された温度曲線、ｃ）領域タイプ「印刷が施されている面」の、液体線及び固体線とともに示された温度曲線。
【図５】２つの異なる放射構造を有する焼結ランプの構造。
【図６】ビーム路における短波の赤外線放射器及びスペクトル変換器の組み合わせによって構成されたオーバヘッド放射器。
【図７】放射スペクトル、ａ）フィルタを有していない焼結ユニットの構成での「粉末（ＩＩ）」及び「吸収剤（Ｉ）」吸収領域との長波及び短波の放射線の重畳、ｂ）フィルタを有している焼結ユニットの構成での「粉末（ＩＩ）」及び「吸収剤（Ｉ）」吸収領域との長波及び短波の放射線の重畳；線で影が付けられている領域は、吸収剤によって吸収された放射エネルギを表している。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
発明の詳細な説明
以降で、本発明の幾つかの用語をより詳細に説明する。
【００４１】
「成形体」又は「構成部分」は本発明では、形状安定性を有している、本発明に係る方法又は／及び本発明に係る装置を用いて製造されたすべての３次元対象物である。
【００４２】
「造形空間」とは、そこにおいて粒子材料床が、造形プロセス中に、粒子材料で繰り返しコーティングすることによって成長する、又は、連続原理の下で床がこれを通走する幾何学形状的な場所である。一般的に、造形空間は、床すなわち造形プラットフォームによって、及び、壁と開いている上面すなわち造形面によって画定されている。連続原理では、通常、コンベアベルトと境界を定める側壁が存在する。
【００４３】
「加熱段階」とは、方法の開始時の装置の加熱を意味し、装置の目標温度が定常状態になると加熱段階は完了する。
【００４４】
「冷却段階」は少なくとも、造形空間から取り出したときに構成部分が顕著な塑性変形をしない程度に温度が低くなるまで続く。
【００４５】
粉末ベースの３Ｄプリントにとって既知のすべての材料、特にポリマ、セラミック及び金属が「粒子材料」として使用可能である。粒子材料は有利には、乾燥した自由流動性の粉末であるが、粘着性の耐切断性粉末又は粒子を含む液体も使用可能である。本明細書では、粒子材料と粉末は同義語で使用されている。
【００４６】
「粒子材料の塗布」とは、粉末から成る定められた層が生成される過程である。これは、連続原理の下で、造形プラットフォーム上で行われても、コンベアベルトに対して傾斜した面上で行われてもよい。粒子材料の塗布は、本明細書では「コーティング」又は「リコート」とも称される。
【００４７】
本発明では、「選択的な液体塗布」は、各粒子材料の塗布の後に行われることがあり、又は、成形体の要求に応じて、成形体の製造を最適化するために、不規則に、例えば、１回の粒子材料の塗布に対して複数回行われることがある。ここで、所望の物体の断面像がプリントされる。
【００４８】
必要な構成部分を含む任意の既知の３Ｄプリンタが、本発明に係る方法を実施するための「装置」として使用可能である。通常のコンポーネントは、コータ、造形領域、連続的な方法での造形領域又は他の構成部分の移動のための手段、調量装置及び加熱手段及び照射手段及び当業者に既知であるのでここでは詳細に記載されない、他の構成部分を含む。
【００４９】
本発明では、「吸収剤」は、インクジェットプリントヘッド又はマトリックス状に動作する他の装置によって処理可能な、粉末の局部的な加熱のために放射線の吸収を促進する媒体である。
【００５０】
粒子材料の焼結を阻止するために従来技術に従って投入される、吸収剤に対向する物質は「反射液」と称される。
【００５１】
「吸収」とは、粉末による放射線の熱エネルギの取込みを意味する。吸収は粉末のタイプと放射線の波長に関連する。
【００５２】
「搬送物質」とは、元来の吸収剤が存在している媒体を指し、油、溶媒又は一般的に液体であり得る。
【００５３】
本発明では、「放射線」は、例えば、熱放射線、ＩＲ放射線、マイクロ波放射線又は／及び可視範囲又はＵＶ範囲における放射線である。ある実施形態では、例えばＩＲ放射器によって生成される熱放射線が使用される。
【００５４】
本明細書では、「放射線によって誘導される加熱」とは、固定又は可動の放射線源によって造形領域を照射することを意味する。吸収剤は、放射線の種類に合わせて最適化される必要がある。ここでは、「活性」粉末及び非「活性」粉末の異なる強さの加熱が生じるはずである。
【００５５】
本明細書では、「ＩＲ加熱」とは具体的に、ＩＲ放射器で造形領域を照射することを意味する。ここで放射器は、静的であっても、移動ユニットによって造形領域にわたって動かされてもよい。吸収剤を投入することによって、造形領域でのＩＲ加熱は、異なる強さの温度上昇を生じさせる。
【００５６】
「放射線加熱」とは、用語「ＩＲ加熱」を一般化したものであり、任意の波長の放射線を吸収することによって、固体又は液体が加熱され得る。
【００５７】
領域タイプは、吸収剤によって印刷が施されていない領域と印刷が施されている領域との間の区別を表す。
【００５８】
「ＩＲ放射器」は赤外線の放射線源である。ここでは通常、石英又はセラミックハウジング内の白熱フィラメントを使用して放射線が生成される。投入される材料に応じて、放射線の波長が異なる。このようなタイプの放射器では、波長は付加的に出力に関連する。
【００５９】
「放射線源」は一般的に、特定の波長又は特定の波長範囲を有している放射線を放出する。ほぼ単色の放射線を伴う放射線源は「単色放射器」と称される。放射線源は「放出源」とも称される。
【００６０】
本発明では「オーバヘッド放射器」は、造形領域上に取り付けられている放射線源である。これは固定されているが、その放射線出力は調整可能である。オーバヘッド放射器は実質的に、面状の非選択的な加熱に用いられる。
【００６１】
「焼結放射器」は、印刷が施されているプロセス粉末をその焼結温度を超えて加熱する放射線源である。これは固定されていてもよいが、有利な構成では、造形領域にわたって動かされる。本発明では、焼結放射器は単色放射器として構成されている。
【００６２】
「二次放射器」とは、受動的な加熱過程によってそれ自体が放射線のアクティブな放出源になる放射器である。
【００６３】
「焼結」は、粉末中の粒子の部分的な合体に対する用語である。このようなシステムでは、焼結には強度の強化が伴う。
【００６４】
用語「焼結窓」は、粉末が最初に加熱されたときに発生する融点の温度と、その後の冷却時に発生する凝固点の温度の間の差を示す。
【００６５】
「焼結温度」は、粉末が溶けて結合しはじめる温度である。
【００６６】
「再結晶温度」を下回ると、一度融解した粉末が再び硬化し、明らかに収縮する。
【００６７】
「充填密度」は、固体物質による幾何学的空間の充填を表し、粒子材料と塗布装置の性質に関連し、焼結プロセスに対する重要な初期パラメータである。
【００６８】
用語「収縮」は、物理的な過程の結果としての、幾何学形状的な物体の寸法が幾何学形状的に短くなる過程を示している。例えば、最適に充填されていない粉末の焼結は、初期体積に対して相対的な収縮をもたらす過程である。収縮には方向が割り当てられていてよい。
【００６９】
「変形」は、物理的なプロセスにおいて物体が不均一な収縮を受ける場合に発生する。このような変形は可逆的又は不可逆的であり得る。変形はしばしば、構成部分の大局的な幾何学的形状に関する。
【００７０】
本明細書で「カール」と称される作用は、記載された発明における、層による手法に由来する。ここではそれぞれ短時間で連続して生成された層が異なる収縮にさらされる。このときに物理的な作用によって、収縮の方向とは一致しない方向において結合体が変形する。
【００７１】
「グレースケール値」は、粉末内に刷り込まれた吸収剤の量を示し、本発明では、異なる加熱度合いを達成するために、造形領域上に異なるグレースケール値を印刷することができる。
【００７２】
本発明では「スペクトル変換器」は、放射線、例えば電磁的な熱放射線を吸収し、１つ又は複数の定められた波長範囲を放射又は出力する手段である。ここで、スペクトル変換器は電磁的な熱放射線（短波又は長波の放射線）の放出源、すなわち、ランプ又は放射器、例えばオーバヘッド放射器又は焼結ユニットによって照らされ、その後、定められた電磁的な熱放射線を出力する。
【００７３】
本発明では「フィルタ」又は「フィルタリング」は、電磁的な放射線スペクトルの部分領域の消去であり、ここで所望の電磁的な放射線スペクトルが、ターゲット領域、例えば造形領域表面に入射する。
【００７４】
本発明では「温度窓」又は「温度範囲」は、使用される粒子材料の焼結範囲を下回る又は使用される粒子材料の焼結範囲内にある、定められた温度範囲である。
【００７５】
本発明では「１つ又は複数の波長範囲の放射されるスペクトル」は、スペクトル変換器の放射されるスペクトルに相当する。
【００７６】
本発明では「ディフューザ」は、入射した電磁放射線を、例えば均一に又は／及び一様に又は／及び方向に無関係に散乱させる手段である。
【００７７】
本発明では「基本温度」は、粉末状材料がそこまで加熱される温度を示し、これは融解温度又は／及び焼結温度よりも低い。
【００７８】
本発明を以降でより詳細に説明するが、本発明の態様及び特徴の各々は、たとえ各特徴について明示的に述べられていなくても、互いに組み合わせることができる。
【００７９】
本発明の課題は、本発明に対応して、３Ｄ成形部品を製造する方法によって解決され、ここでは、粒子状の造形材料が、定められた層において、コータによって造形領域上に塗布され、１つ又は複数の吸収剤の１つ又は複数の液体又は粒子材料が選択的に塗布され、放射器によってエネルギが入力され、ここで選択的に塗布された吸収剤を有している領域が選択的に硬化され、造形領域は１層の厚さぶんだけ降下され、又は、コータは１層の厚さぶんだけ上昇され、これらの工程は、所望の３Ｄ成形部品が生成されるまで繰り返される。この方法は、少なくとも１つのスペクトル変換器を使用することを特徴とする。
【００８０】
従って、本発明は、有利には、繰り返される工程の温度窓をより正確に調整することを可能にする方法を提供する。その結果、プロシージャ、製品品質、材料のリサイクル率のさらなる顕著な改善、生態学的な利点、及び、コスト上の利点が得られる。
【００８１】
さらに、使用される機械とその中に存在する構成部分にとって、このプロシージャはより優しい。また熱発生は部分的に低く、いずれの場合でもより正確に制御可能である。さらにこれによって、方法のエネルギ効率が向上する。
【００８２】
本発明に係る方法では、短波又は長波の放射線をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタであるスペクトル変換器が使用され得る。
【００８３】
さらに、本発明に係る方法では、使用される粒子材料のスペクトルに適合するように、フィルタリングされた放射線範囲を選択することができる。ここでフィルタは、有利には粒子材料上に放射されるスペクトルの波長が８〜３．５マイクロメートルになるように選択される。ここでは、放射線の波長が加熱段階又は／及び焼結段階に対して最適化されるようにフィルタを選択することができ、これによって造形領域上の材料層の温度窓自体が改良される。
【００８４】
本発明に係る方法では、方法パラメータに適合する任意の材料を投入及び使用することができる。例えば、ポリアミド粉末、ポリアミドベースの熱可塑性エラストマ又はウレタンベースの熱可塑性エラストマを粒子材料として使用することができる。ここではフィルタと温度窓は、有利なプロシージャと利点を、特に製品パラメータとリサイクル率に対して達成するために、相応に整合可能である。
【００８５】
例えば、本発明に係る方法は、塗布された粉末層が、第１の加熱ステップによって、粒子材料の焼結窓内に位置する、吸収剤を有していない粉末の基本温度まで加熱され、第２の焼結ステップが、熱供給によって、粉末の融解温度を上回る焼結温度での、吸収剤によって印刷が施されている領域の選択的な硬化を生じさせ、ここで、選択的に吸収剤が塗布された領域は、第１のステップにおいて、吸収剤を有していない領域よりも強く加熱されるので、吸収剤を有している領域と吸収剤を有していない領域の間で温度差が生じる。
【００８６】
さらに、上述の課題は、本発明に対応して、粉末ベースのプリンティング方法に必要なすべてのコンポーネントを含んだ、３Ｄ成形部品の製造に適した装置によって解決される。ここでこの装置は、有利には冷却スロット、冷却凹部、冷却溝又は／及び冷却穴を有している少なくとも１つのスペクトル変換器を有していることを特徴とする。
【００８７】
本発明に係る装置によって、有利には、既知の装置及び方法の欠点が低減される又は実質的に回避され得る。
【００８８】
本発明に係る装置によって、定められた範囲に温度窓をシフトすることが可能になり、従って、投入される材料に関してより適した温度範囲を達成することが可能になる。これは、中間製品及び製品の質に関するさらなる利点に関連している。さらに、これによって粒子材料のリサイクル率を高めることができる。つまり、特にコスト削減、ひいては製造コストの削減を実現することができる。
【００８９】
本発明に係る装置は、スペクトル変換器が、選択された波長範囲を定め、このような波長範囲をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタであることを特徴とする。
【００９０】
さらに、所望の方法条件に適したすべてのスペクトル変換器又はフィルタを使用することができる。例えば、フィルタはホウケイ酸ディスクである。
【００９１】
本発明のある態様では、選択された波長範囲が、有利には８μｍ〜３．５μｍ又は３．５μｍ〜０．５μｍの波長範囲にある長波又は短波の赤外線から選択されることが重要である。
【００９２】
本発明に係る装置では、スペクトル変換器は任意の適切な様式で配置可能である。有利には、少なくとも２つのスペクトル変換器が実質的に上下に配置されており、有利には、少なくとも２つのスペクトル変換器の間に空所がある。
【００９３】
本発明に係る装置は、高速焼結方法のために必要な、既知であり、ここで詳細に説明する必要はないすべての構成部分を有している。本発明に係る方法に適した構成部分は、造形プラットフォーム、側壁、ジョブボックス、コータ（リコータ）、プリントヘッド、セラミックフィルム、エネルギ入力手段、有利には少なくとも１つの放射器、有利にはオーバヘッド放射器又は／及び焼結放射器ユニットから選択されるコンポーネントである。
【００９４】
上述したように、本発明の本質的な態様は、方法の波長範囲又は温度窓を制御し、定められた範囲でプリンティング方法を実行することである。
【００９５】
従って、有利には、オーバヘッド放射器は８〜３．５μｍの波長範囲を放射し、又は／及び、有利にはフィルタを含む焼結放射器ユニットは３．５〜０．５μｍの波長範囲を放射する。これは、粒子材料及び／又は造形領域上に照射される。
【００９６】
さらに、有利には、本発明に係る装置は、この装置がさらに、流体冷却式ラジエータ、ファン、造形コンテナの断熱材、造形プラットフォームの断熱材、抵抗加熱ヒータ、加熱コイル、コータの抵抗加熱ヒータ、高温計、ディフューザ及び赤外線放射器を含むグループから選択される１つ又は複数のコンポーネントを有していることを特徴とする。
【００９７】
本発明のさらなる態様を以下に記載する。
【００９８】
一般的に、上述の課題は、放射線源を焼結放射器として投入することによって解決される。これは、従来の安価なＩＲ放射器又は乾燥放射器に相当するが、その長波ＩＲスペクトルの成分は、ビーム路内に入れられたフィルタによって粉末表面から遠ざけられる。これらのフィルタは、適切な吸収特性を有している特殊なガラスであってよい。例えば液体の層又は気体の層等の非固体物質を用いたフィルタリングも可能である。
【００９９】
吸収され、伝達されない放射線エネルギは、粉末表面上への空気の流れが妨げられ、これを冷却し、焼結過程を中断するので、大きなコストを伴わずに冷却できる。近赤外線放射器の管に比べて大きい面積は、それに基づいて、技術的に極めて容易かつ安価に実行可能である空冷の効果を促進する。構造が比較的小さい場合には、対流の空気の動きを利用するだけで十分である。従って、電気的に動作されるユニット、例えばモーターファンが無くても全く構わない。
【０１００】
同様に、前後に配置された２つ以上のフィルタを投入することが可能である。これによって、効果的な冷却領域をさらに増やすことができる。これによって同様に、達成できるフィルタ特性の改良が、経済的な構成を可能にする。
【０１０１】
非固体物質に基づくフィルタは、フィルタ媒体及び冷却媒体に等しく相当し得る。
【０１０２】
長波赤外線の除去には、他にも多くの利点がある。例えば、放射線に対して透過性の材料の選択肢が増える。これには、放射の一様性を最大化するためにディフューザとして投入可能な市販の材料が含まれている。これによって、焼結ランプ、ひいてはプロセスチャンバの小型化が可能になり、プロセスの温度制御がより容易になる。
【０１０３】
これによって、より高い放射線強度を有している照明が利用可能になる。これは、積層造形方法において部分的に融解した個々の領域の結合を上昇させる。これは、製造されるべき型の強度に役立つ。上述した放射線源の投入によって、放射器と領域の間の間隔が短くなるだけでなく、放射器のサイズも小さくなるため、これによってよりコンパクトな機械形状が実現され、エネルギ効率を大幅に高めることができる。
【０１０４】
投入可能な放射器出力は長波放射線の放出から切り離されているので、装置の出力を問題なく上げることができる。プロセス自体はほとんどこの影響を受けない。これによって、プロセス速度が上昇する。
【０１０５】
逆に、オーバヘッドユニットの場合には、波長と放射ヒータ温度の切り離しを使用することができる。
【０１０６】
ビーム路に入れられた物体は、短波放射器によって面状に加熱されるため、物体自体が励起されて、長波範囲の放射線を提供する。
【０１０７】
平面の物体が十分に薄く構成され、これによって絶対熱容量が低く保たれる場合、例えば大面積の成形体をプリントする場合には粉末ケーキのエネルギ含有量の急激な変化に十分な速度で反応することができ、これによって数時間の、経済的に合理的な時間で３次元成形体の作成過程が行われる。なぜなら、出力の整合による粉末表面の温度調整のための時間を放出源に与えることを可能にするために、印刷された層毎に一時停止する必要がないからである。
【実施例】
【０１０８】
実施例
使用されている手段とその作用の簡単な説明
所期のように各面タイプを加熱するという中心的な課題は、放射線フィルタを備えた短波のＩＲ放射器の投入を介して解決される。
【０１０９】
従来技術の方法は、層を生成するステップ、印刷を施すステップ、放射線で露光するステップ、及び、降下させるステップから成る。第１のステップは、既知の粉末ベースの３Ｄプリントにおける層形成と同様である。粉末はブレードの前に置かれ、造形プラットフォーム上に塗布され、ブレードで滑らかにされる。２つの連続するコーティング過程時の造形プラットフォームの位置によって、層の厚さが決まる。
【０１１０】
その後、層に印刷が施される。ここで挙げた方法では、液体がインクジェットプリントヘッドによって塗布される。液体の一部は吸収剤であり、これは放射線の作用のもとで、局部的に、粉末の加熱を生じさせる。
【０１１１】
このようにして印刷が施された層はここで、放射線源によって走査され、これによって選択的に加熱される。フィルタを有していない熱放射線源を投入する場合、粉末全体が強く加熱される。しかし、特に活性化された領域において温度が上昇して、粒子が焼結し始める。フィルタを備えた放射器が使用される場合、このようなプロセスをより良好に制御することができ、所期のように、各面タイプに作用を及ぼすことができる。
【０１１２】
このようなステップの後、造形領域は１層の厚さぶんだけ降下される。その後、所望の構成部分が生じるまで、上述したすべてのステップが繰り返される。
【０１１３】
造形領域又は印刷が施されていない領域は、焼結温度に近い温度に保たれる。一方では、粉末を焼結するための追加のエネルギは少なく、穏やかに作用する手段によって導入することができる。他方では、構成部分の周囲の温度は高く、造形プロセスの進行中に、構成部分の縁部領域においても、温度が再結晶温度より下に低下せず、従って、層の形成が妨げられる。
【０１１４】
造形領域を走査する放射線源に加えて、付加的な固定された放射線源が任意選択的に、造形領域の上方に設けられていてよい。造形領域がコータ又はプリントヘッド等のユニットによって覆われていない場合に、これが作用する。このようないわゆるオーバヘッド放射器は有利には、造形領域上で一定の温度が確立されるように調整される。例えば温度実際値を特定するために、高温計センサを使用することができる。このような配置では、オーバヘッド放射器は、中央の温度調整コンポーネントである。
【０１１５】
オーバヘッド放射器の機能は、プロセス温度の調整である。しかし、このような調整は焼結放射器によっても実現可能である。この場合には、印刷が施されていない領域を加熱するために適切な放射器が使用され、プロセスの要件に従ってその出力が調整される必要がある。また、印刷が施されている領域は、放射線によって加熱されなければならない。これは、焼結及び低収縮造形に必要である。
【０１１６】
オーバヘッド放射器を介した調整を省略する場合、印刷とコーティングの過程をほぼ時間遅延無く続けることができる。
【０１１７】
このような方法によって同様に、オーバヘッド放射器と焼結放射器の機能を統一した静的な放射線パネルが実現可能である。放射線強度の幾何学形状的な動きが幾何学形状的に合理的である場合、これらは切り替え可能なブロックから組み立て可能である。例えば、その移動時にプリントヘッド等の繊細なコンポーネントを保護するために、領域毎に、放射器がオフされてよい。
【０１１８】
長波赤外線の遮蔽と、閉じられたユニットの低コストに実現される構造によって改良された冷却によって、装置内の温度を低くすることができる。これは、繊細なコンポーネントを保護するために有利である。
【０１１９】
本発明の他の例示的な構成
装置に対する一般的な詳細な説明
本発明を実行するために必要な装置は、粉末ベースのプリント用の３Ｄプリンタに密接に基づいている。付加的に、プロセス液を温度調整し、刷り込むために、他のプロセスユニットが投入される。
【０１２０】
方法の開始時に、装置全体が加熱される。このために、すべての加熱要素が、温度を上げるために利用される。システムのすべての測定箇所の温度が一定に保たれると、加熱段階が完了する。
【０１２１】
本発明の有利な構成の個々の加熱システムを、図１に従って以降に記載する。
【０１２２】
その上にプロセス中に粒子材料が堆積され、層（１０７）の層厚を調整するために用いられる造形プラットフォーム（１０２）は、種々のシステムを使用して加熱可能である。有利な構成では、抵抗加熱ヒータ（１０４）が使用される。これは同様に、面状の加熱フィルムとしての加熱作用の均一性の考慮に基づいて、有利に構成されている。このようなヒータの作用はセンサを介して検出され、調整される。センサは造形プラットフォームと直接的に接続されている。造形プラットフォーム自体は意図的に金属、有利にはアルミニウムから製造されている。断熱材（１０６）は造形プラットフォーム（１０２）を下向きに覆っている。
【０１２３】
造形プラットフォームを、流体によって加熱することもできる。このために、加熱コイル（１０４）が、有利には金属製の造形プラットフォームの下方に設置される。同様に、加熱作用を均一化するために、下方に断熱材（１０６）が存在する。
【０１２４】
例えば伝熱油が、加熱コイルを流れる。油温の事前選択によって、温度を正確に調整することができる。流量が十分に高く、出力が整合されている場合には、このようにして、温度の極めて高い調整の質を得ることができる。
【０１２５】
造形プラットフォーム（１０２）は、いわゆる造形コンテナ（１１０）内で動く。装置の構成によっては、造形コンテナを装置から除去することが可能である。これによって、構成部分の開梱中に２番目の造形コンテナを装置内で使用できるので、時間上の、高い機械効率が得られる。
【０１２６】
造形コンテナ（１１０）も加熱される。造形プラットフォームに対する同様の技術が使用可能である。コンテナ自体は有利には同様に、金属製である。良好な熱伝導には、アルミニウムが有利である。実際にアクティブなヒータ（１０４）は同様に、断熱材（１０５）によって裏打ちされている。これによって、作用を高めることができ、均一性が向上する。
【０１２７】
装置と造形コンテナの間には、電力接続のために、有利にはプラグインシステムが存在する。これには、電気接続又は液体用コネクタが含まれる。
【０１２８】
本発明に係る装置の次の本質的な加熱システムは、オーバヘッド放射器（１０８）である。これは本発明に対応して、有利には、造形領域の上方に取り付けられており、造形領域に対して垂直に放射する。ある程度の角度で造形領域を照らす、側方に取り付けられた放射器も有利である。このような構造は有利には、コータ又はプリントヘッドによる影を最小限にするために有利である。
【０１２９】
オーバヘッド放射器（１０８）には、本発明に対応して、熱放射器が備えられていてよい。これらは、可能な限り低い選択性を有しているべきである。例えば、極めて長い波長のセラミック放射器を使用することができる。いわゆる中波の石英タングステン放射器の投入も可能である。ここでは、異なる領域タイプの所期の加熱が焼結放射器（１０９）によって行われる。
【０１３０】
この方法では、オーバヘッド放射器（１０８）が調整されて動かされることが望ましい。このために有利には、高温計（１１２）がセンサとして使用される。制御部によって確実に、吸収剤による印刷が施されないようにされている、造形領域の縁部領域に、高温計は向けられている。
【０１３１】
本発明の有利な構成では、元来の焼結は、コータと共に動かされる焼結放射器（１０９）によって実行される。焼結放射器は、通走中に造形領域を加熱する。焼結放射器は、印刷が施されたばかりの粉末又はすでに覆われている粉末層を加熱するために使用可能である。ここでは、本発明に対応して、図２ａに対応して、フィルタ（２０２）が前に設けられた短波放射線源（２０１）が使用される。短波放射線源が、本発明に対応して任意選択的に、複数のフィルタを有していてもよい。図２ｂに示されているように、フィルタの冷却を確実にするために、互いに間隔（２０５）を有している複数のフィルタ（２０２）の入れ子構造が有利である。
【０１３２】
装置の有利な構成では、粉末は、既に存在している粉末表面に塗布する前に予熱されるため、層はそれほど強く冷却されない。コータ（１０１）内の抵抗加熱ヒータ（１１１）も、このような粉末の予熱に適している。
【０１３３】
基本的には、接触ヒータを介して加熱されるすべてのユニットを、赤外線を介して間接的に加熱することもできる。使用される粉末が原因で装置内での強い振動が必要な場合には、放射線によってコータを加熱するのは特に有利であり得る。
【０１３４】
有利には、この装置によって、加熱段階後に、以下の一連のステップが実現される：造形プラットフォーム上に、コータ（１０１）によって粉末層が生成される（図３ａ）。任意選択的にこの新しい層を機械の構造に応じて、ここで付加的に、焼結放射器（１０９）によって加熱することができる。次に、この層に、１つ又は複数のインクジェットプリントヘッド（１００）によって印刷が施される（図３ｂ）。ここで、印刷が施されている層は焼結ランプ（１０９）によって加熱され、その後再び粉末によって覆われる（図３ｃ）。その後、造形プラットフォーム（１０２）が降下される（図３ｄ）。
【０１３５】
このような過程は、造形コンテナ（１１０）内で構成部分（１０３）が完成するまで繰り返される。その後に、冷却段階が続く。これは、有利には造形コンテナ内で行われる。これはその後、装置外でエネルギ供給される。
【０１３６】
図４は温度図を示している。ここで図４ａは、粉末が１つのサイクルで加熱され、再び冷却される際に、粉末から放出されるエネルギの経過を概略的に示している。加熱時には、ある程度の温度でエネルギが強く吸収される。ここで材料が融解又は焼結する（焼結温度）。レーザ焼結に適したポリアミド１２の場合、この温度は約１８５℃である。冷却時には同様に、焼結温度を大幅に下回る重要な箇所が存在する（再結晶温度）。融解した材料はここで凝固する。
【０１３７】
図４ｂ及び図４ｃは、従来技術の方法に即した、プロセス経過中の温度の経過を示している。図４ｂはここで、印刷が施されていない領域の温度の経過を示している。焼結放射線源を投入することによって、元来は一定の経過で、加熱段階と冷却段階が生じる。印刷が施されていない領域では、温度が焼結温度に達することはない。
【０１３８】
図４ｃは、印刷が施されている領域における経過を示している。ここでは変動がより強い。このプロセスは少なくとも、短時間、焼結温度を超えて、粉末の一部が融解し、さらに融解されたままになるように制御される。過度に加熱されると、この領域におけるすべての粉末が融解し、大きな遅延が生じる。印刷が施されている領域の過度の冷却も回避される必要がある。なぜなら、そうでない場合には、再結晶化が始まり、次に、この時点で可能性のある動力伝達に起因して、すべての収縮が幾何学形状的な変形（曲動又はカール）を引き起こし、それが場合によっては、以降のプロセスを不可能にしてしまうからである。
【０１３９】
融解温度と再結晶温度の間のこのような「プロセス窓」の正確な遵守は、構成部分の質にとって重要である。ここでは異なる境界条件が、印刷が施されている領域と印刷が施されていない領域に適用される。フィルタリングされた短波ＩＲ放射線源の投入は、２つの温度間の温度制御を格段に容易にする。
【０１４０】
特に、実施例において、これらの放射線源の利点が、記載されたプロセスにおいてどのように使用され得るかが記載される。
【０１４１】
他の実施例
例１：放射線フィルタを備えた短波ＩＲ放射器を含み、サーマルオーバヘッドランプを有している焼結ランプを備えた装置
図３ａ）では、造形プロセス又はプロセスサイクルは、例えば、層厚１００μｍの粉末層によって造形プラットフォームをコーティングすることから始まる。コータ（１０１）によるコーティング中に既に、粉末は、コータ（１０１）又はプリントヘッド（１００）によって光学的に覆われていない限り、オーバヘッド放射器（１０８）によって加熱される。ＰＡ１２、ここでは製造業者ＥＯＳのＰＡ２２００を使用する場合には、１６８℃まで加熱される。印刷が施されている領域を良好に加熱する放射線のみを供給する焼結放射器（１０９）は、このステップではオンに切り替えられない。
【０１４２】
オーバヘッド放射器（１０８）は、造形領域の表面温度を調整するために、測定装置を含む。理想的には、測定装置は、非接触で温度を求めることができる小型高温計（１１２）として構成されている。この調整は、測定装置がプリントヘッド（１００）とコータ（１０１）によって繰り返し覆われることを考慮しなければいけない。これは、測定値の取得をオフにすることによって、又は、応答しない調整ループパラメータによって行われ得る。
【０１４３】
第２のステップでは、吸収剤、例えばカーボンブラックが、放射線源の波長に正確に合わせられているプリントヘッド（１００）によって塗布される。プリントヘッド（１００）によって粒子材料上に与えられる画像は、現在の成形体横断面に相当する。
【０１４４】
第３のステップは、焼結走行である。ここでは焼結放射器ユニット（１０９）の放射線源がオンに切り替えられ、造形領域にわたって動かされる。放射線源の出力と速度が、造形領域上での照射出力を定める。従来技術とは異なり、例えば、製造業者ＧＶＢ  ＧｍｂＨの２ｍｍの厚さのホウケイ酸ガラスから成る放射線フィルタを備えた焼結放射器（１０９）は、このような走行の間、印刷が施されていない領域を加熱しない。従って、印刷が施されている領域の温度は上昇するが、印刷が施されていない領域は影響を受けない。ここで、黒体の波長分布に近似し、ピーク波長が１．２μｍの、放射線源から放出される放射線の長波部分は、３μｍの波長から放射線フィルタによって吸収される。
【０１４５】
第４のステップは、１つの粉末層（１０７）の厚さぶんだけの造形プラットフォーム（１０２）の降下である。このような過程の間、オーバヘッド放射器（１０８）に対する造形領域は空いており、温度を再調整することができる。その後、コーティングプロセスによってプロセスサイクルが始めから再開される。
【０１４６】
図１は、例に挙げたプロセスを実現することができる装置を示している。オーバヘッド放射器（１０８）は、長波から中波の熱放射線源として構成されている。造形コンテナの底面と造形プラットフォームは、抵抗加熱ヒータ（１０４）を介して温度調整される。例示的な装置では、コータ（１０１）と焼結放射器ユニット（１０９）が接続されている。このようなユニットとプリントヘッド（１００）は、造形領域上で別個に動かされることが可能であるが、別個に動かされなくてもよい。
【０１４７】
図２ａから見て取れるように、焼結放射器（１０９）は、短波放射器（２０１）と、その前に配置されたフィルタ（２０２）を備えている。短波放射器によって生成された長波成分（２０３）はフィルタによって吸収されるので、短波成分だけが粉末表面（２０４）に達することができる。
【０１４８】
例２：冷却機能を備えた焼結ランプの装置
図２ｂ及び図２ｃには、統合された冷却を備えた焼結ランプの構成が示されている。放射線フィルタはここで例示的に二重の構成で概略的に示されている（２０２ａ，２０２ｂ）。ここで２つの要素は接触しておらず、互いに一定の間隔（２０５）を有している。このような構造では、生成された長波赤外線の大部分は、短波放射器（２０１）に最も近いフィルタ（２０２ａ）によって吸収される。長波赤外線によってこれが加熱されるが、短波放射線は通過される。従って、図１において、粒子表面に面している第２のフィルタ（２０２ｂ）は、このような長波の熱放射線によって加熱されない。また、第２のフィルタは、短波放射線に影響を与えないので、プリントヘッド（１００）によって濡れた粒子材料の領域を、その融解温度を超えて加熱するためにこれを使用することができる。ここで第２のフィルタのはるかに低い温度が、放射線の流れをブロックするであろう、コーティング過程（図３ａ）によって渦巻いている粒子材料のその表面での融解及び付着を阻止する。
【０１４９】
第１のフィルタ（２０２ａ）の冷却を、ここでユニットのハウジングの開口（２０６）部によって対流式に（図２ｂ）、又は、冷却ユニットによって（図２ｃ）行うことができる。焼結ランプの構造が大きい場合、冷却ユニットを用いた構成が有利である。ここで、参照番号（２０７）は、冷却流体、有利には水が流れる冷却体を示している。冷却体上にあるファン（２０８）は、ユニット内の対流のために用いられる。このような構成では、第１のフィルタ（２０２ａ）はユニットのハウジング壁によって閉じられている。
【０１５０】
例３：冷却機能とディフューザを備えた焼結ランプの装置
図２ｄに示されているように、通走する際に焼結ランプが造形プラットフォーム上の粒子材料の表面全体を均一に照射するために（２０４ｂ）、ディフューザ（２０２ｃ）としての、例２に記載されているフィルタ（２０２ｂ）の構成が有利である。これによって、作成される成形体の十分に高い強度が、造形プラットフォームの縁部領域でも得られることが保証される。このような例では、製造業者Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓの氷晶石ガラス、ホワイトオパールガラスがディフューザとして適している。
【０１５１】
例４：それぞれ、放射線フィルタを有している、放射線フィルタを有していない、２つの短波放射器を備えた焼結ランプの装置
図５に示されているように、造形プロセス又はプロセスサイクルは、粉末層による造形プラットフォーム（１０２）のコーティングから始まる。印刷が施されていない領域を良好に加熱する放射線も供給する、ユニット（１０９）のフィルタを有していない焼結放射器（５０１）は、このようなステップにおいて、オンに切り替えられ、融解温度よりも低いが再結晶温度よりも高い基本温度まで粉末を加熱する。エネルギ供給はここで、出力と移動速度を介して制御される。生成された温度は有利に検出され、調整も行われる。
【０１５２】
第２のステップでは、印刷が施されている領域に対して、フィルタを通過した、放射線源（５０２）の波長に正確に合わせられている吸収剤が塗布される。プリントヘッド（１００）によって粉末上に与えられる画像は、現在の成形体横断面に対応する。
【０１５３】
第３のステップは、焼結走行である。ここでは、焼結ユニット（１０９）がオンに切り替えられ、造形領域にわたって動かされる。放射線源の出力と速度が、粉末床上の照射出力を定める。従来技術とは異なり、２つのスペクトルを備えたユニット（５０１，５０２）が、この走行中に、印刷が施されていない領域と印刷が施されている領域に所期のように影響を与えることができる。すなわち、印刷が施されている領域の温度は上昇するが、印刷が施されていない領域では、放射線によるエネルギ損失を補償することができる。
【０１５４】
第４のステップは、造形プラットフォーム（１０２）を１層の厚さぶんだけ降下させることであり、このような例示的なプロセスでは極めて短い。ここでは調整は行われず、各遅延が熱放射線によるエネルギ損失を生じさせる。従って、図ではこのようなステップは示されていない。
【０１５５】
プロセスサイクルが十分な速さで実行される場合、オーバヘッド放射器を省くことができる。
【０１５６】
例５：短波放射器と吸収剤領域を備えたオーバヘッドランプの装置
図６に示されているように、オーバヘッドランプ（１０８）は、１．２μｍの範囲のピーク波長を有している短波放射器（６０１）を用いて構成され、これはＩＲ放出源と粉末表面の間のビーム路（６０２）内に位置する吸収剤（６０３）を面状に加熱する。吸収剤は、これによってそれ自身同様に赤外線（６０４）を送出するが、これは格段に長い波長のスペクトル、有利には約４μｍのピーク波長を有しているスペクトルにある。吸収剤は、材料の熱容量を低く抑え、これによって送出される長波放射線の応答時間を最小限にするために、数ミリメートルの可能な限り薄い厚さで構成されている。材料としては有利には製造業者Ｃｅｒａｍｔｅｃの明礬石、窒化アルミニウムから成る非酸化物セラミックが適している。なぜなら、これは約２００Ｗ／ｍＫの高い熱伝導性を有しており、これによって、造形中に迅速な応答時間を可能にするからである。
【符号の説明】
【０１５７】
１００  プリントヘッド
１０１  コータ
１０２  造形プラットフォーム
１０３  構成部分
１０７  層
１０８  オーバヘッド放射器
１０９  焼結放射器ユニット
１１０  造形コンテナ
１０５  造形コンテナの断熱材
１０４  抵抗加熱ヒータ又は加熱コイル
１０６  下方への造形プラットフォームの断熱材
１１１  コータの抵抗加熱ヒータ
１１２  高温計
２０１  短波ＩＲ放射器
２０２  フィルタ
２０２ａ  短波赤外線放射器に最も近いフィルタ
２０２ｂ  造形表面に最も近いフィルタ
２０２ｃ  ディフューザ
２０３  長波成分を有している赤外線
２０４  長波成分を有していない赤外線
２０４ｂ  配向されていない、長波成分を有していない赤外線
２０５  ２つの放射線フィルタの間の空所
２０６  冷却スロット
２０７  流体冷却式ラジエータ
２０８  ファン
５０１  放射線フィルタを有していない焼結放射器
５０２  放射線フィルタを伴って構成されている焼結放射器
６０１  短波赤外線放射器
６０２  広帯域赤外線
６０３  吸収剤
６０４  吸収剤によって放出される長波赤外線
７０１  二次ピークを有している従来の放射器の典型的な放射線スペクトル
７０２  出力が比較的低い場合の従来の放射器のスペクトル
７０３  ホウケイ酸ガラスディスクの吸収スペクトル
７０４  出力が高い場合の従来の放射器の放出スペクトル
７０５  伝達されるスペクトル
７０６  ブロックされる波長範囲
【図１】
2020527491.tif 000003
【図２ａ】
2020527491.tif 000004
【図２ｂ】
2020527491.tif 000005
【図２ｃ】
2020527491.tif 000006
【図２ｄ】
2020527491.tif 000007
【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４】
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【図５ａ）】
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【図５ｂ）】
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【図５ｃ）】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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