(57)【要約】  付加製造装置は、プラットフォームと、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配するためのディスペンサと、プラットフォームの上方の熱源と、エネルギービームを放出して最上層の第２領域に衝突させるためのエネルギー源と、供給材料の最上層の温度を測定し、かつ第２領域の溶融プールの寸法を測定するためのセンサシステムと、コントローラとを、含む。熱源は、供給材料の連続した層のうちの最上層の第１領域を予熱しかつ／又は熱処理するために、第１領域にエネルギーを供給するよう構成される。コントローラは、測定された温度に基づいて、供給材料の最上層を加熱するように熱源を動作させ、かつ、測定された寸法に基づいて、最上層の供給材料を溶解させるようにエネルギー源を動作させるよう、設定される。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、前記プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配するためのディスペンサと、前記プラットフォームの上方の熱源であって、供給材料の前記連続した層のうちの最上層の第１領域を予熱しかつ／又は熱処理するために、前記第１領域にエネルギーを供給するよう構成された熱源と、エネルギービームを放出して、前記第１領域よりも小さい、前記最上層の第２領域に衝突させ、前記第２領域内の前記供給材料で溶融プールを作り出すための、エネルギー源と、供給材料の前記最上層の温度を測定し、かつ前記溶融プールの寸法を測定するための、センサシステムと、コントローラであって、測定された前記温度に基づいて供給材料の前記最上層を加熱するように、前記熱源を動作させ、測定された前記寸法に基づいて前記最上層の供給材料を溶解させるように、前記エネルギー源を動作させるよう設定された、コントローラとを備える、
装置。
【請求項２】
前記熱源が、前記第１領域にエネルギーを供給するためのランプのアレイを備え、前記コントローラが、前記測定された温度に基づいて、前記ランプのアレイの各ランプを選択的に動作させるよう設定されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラが、前記第２領域のサイズ、前記エネルギービームの出力、又はスキャンスピードが前記測定された寸法に基づいて調整されるように、前記エネルギー源を動作させるよう設定されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記センサシステムが、供給材料の前記最上層の全幅及び全長にわたって前記温度を測定するよう構成された、赤外線画像撮影システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記センサシステムが、供給材料の前記最上層からの熱放射に基づいて、供給材料の前記最上層の全長及び全幅を通じて均一に分布した複数の場所において前記温度を測定するよう構成された、赤外線画像撮影システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記溶融プールの寸法及び固液界面における熱勾配を測定するよう構成された、ハイスピードカメラを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ハイスピードカメラが、前記溶融プール内の供給材料の温度を測定するよう構成されており、前記コントローラが、閾値温度と比較した供給材料の測定された前記温度に基づいて、前記溶融プールの前記寸法を判定するよう設定されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ハイスピードカメラが、前記溶融プールの長さを測定し、かつ幅を測定するよう構成されており、前記コントローラが、測定された前記長さ及び測定された前記幅に基づいて、前記エネルギー源を動作させるよう設定されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記センサシステムが、検出された波長に基づいて前記最上層の第３領域内の供給材料により放出される波長を検出するための分光光度計を備え、前記コントローラが、検出された前記波長に基づいて前記第３領域内の供給材料の冷却速度を判定し、かつ判定された前記冷却速度に基づいて前記熱源又は前記エネルギー源を動作させるよう設定されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３領域は前記第１領域よりも小さく、前記第２領域よりも大きい、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
付加製造方法であって、
プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配することと、供給材料の前記連続した層のうちの供給材料の最上層の温度を測定することと、測定された前記温度に基づいて、前記最上層に広がる第１領域に熱を供給することと、エネルギービームによって作り出される前記供給材料の溶融プールの寸法に基づいて、前記第１領域よりも小さい第２領域に対して、前記エネルギービームを放出することとを含む、
方法。
【請求項１２】
供給材料の前記最上層の前記温度を測定することが、供給材料の前記最上層からの熱放射に基づいて、供給材料の前記最上層の全長及び全幅を通じて均一に分布した複数の場所において、温度を測定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ハイスピードカメラを使用して、前記溶融プールの前記寸法を測定することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度を測定することが、
前記最上層の第３領域において供給材料によって放出される波長を検出することと、検出された前記波長に基づいて、前記第３領域内の供給材料の冷却速度を判定することとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
付加製造装置であって、
プラットフォームと、前記プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配するためのディスペンサと、前記プラットフォームの上方の熱源であって、供給材料の前記連続した層のうちの最上層の第１領域を予熱しかつ／又は熱処理するために、前記第１領域にエネルギーを供給するよう構成された熱源と、エネルギービームを放出して、前記第１領域よりも小さい、前記最上層の第２領域に衝突させ、前記第２領域内の供給材料で溶融プールを作り出すための、エネルギー源と、センサシステムであって、前記プラットフォームの構築領域の静止した第１視野を有する第１カメラ、前記第１視野よりも狭い第２視野であって、前記第２領域を追跡するよう構成されている第２視野を有する、第２カメラ、及び前記第２視野よりも狭い第３視野であって、前記第２領域をカバーする第３視野を有する、第３カメラを含む、センサシステムと、コントローラであって、前記第１カメラ、前記第２カメラ、及び前記第３カメラからデータを受信して、前記データから供給材料の前記層の温度マップを生成し、前記温度マップに基づいて、前記最上層の供給材料を溶解させるように前記エネルギー源を動作させるよう設定された、コントローラとを備える、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書は、付加製造の装置及びプロセスのための温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状製造又は３Ｄ印刷としても既知である付加製造（ＡＭ）は、原材料（例えば粉末、液体、懸濁液、又は溶融固形物）を連続的に分配して二次元の層にすることで、三次元物体を作り上げる、製造プロセスを意味する。対照的に、従来型の機械加工技法は、ストック材料（例えば木、プラスチック、又は金属の塊）から物体が切り出される、減法プロセスを伴う。
【０００３】
付加製造においては、多種多様な付加的プロセスが使用されうる。選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）といった、層を作製するために材料を溶融又は軟化させる方法がある一方、光造形法（ＳＬＡ）といった別の技法を使用して液体材料を硬化させる、別の方法もある。これらのプロセス間では、完成品を作り出すために層を形成する方式、及びプロセス中で使用する上で互換性を有する材料が、異なっている。
【０００４】
付加製造の一部の形態においては、粉末をひとまとめに溶解させてある形状を形成するために、プラットフォーム上に粉末が配置され、レーザビームが、この粉末上でパターンをトレースする。この形状が形成されると、プラットフォームは降下し、粉末の新たな層が付加される。このプロセスは、部品が完全に形成されるまで反復される。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、付加製造装置は、プラットフォームと、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配するためのディスペンサと、プラットフォームの上方の熱源とを含む。熱源は、供給材料の連続した層のうちの最上層の第１領域を予熱しかつ／又は熱処理するために、第１領域にエネルギーを供給するよう構成される。付加製造装置は、エネルギービームを放出して最上層の第２領域に衝突させ、第２領域内の供給材料で溶融プールを作り出すためのエネルギー源と、供給材料の最上層の温度を測定し、かつ溶融プールの寸法を測定するためのセンサシステムと、コントローラとを更に含む。第２領域は第１領域よりも小さい。コントローラは、測定された温度に基づいて、供給材料の最上層を加熱するように熱源を動作させ、かつ、測定された寸法に基づいて、最上層の供給材料を溶解させるようにエネルギー源を動作させるよう、設定される。
【０００６】
別の態様では、付加製造方法は、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配することと、供給材料の連続した層のうちの供給材料の最上層の温度を測定することと、測定された温度に基づいて、最上層に広がる第１領域に熱を供給することと、エネルギービームによって作り出された供給材料の溶融プールの寸法に基づいて、第１領域よりも狭い第２領域に対して、エネルギービームを放出することとを、含む。
【０００７】
別の態様では、付加製造装置は、プラットフォームと、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を分配するためのディスペンサと、プラットフォームの上方の熱源とを含む。熱源は、供給材料の連続した層のうちの最上層の第１領域を予熱しかつ／又は熱処理するために、第１領域にエネルギーを供給するよう構成される。付加製造装置は、エネルギービームを放出して、第１領域よりも小さい、最上層の第２領域に衝突させ、第２領域内の供給材料で溶融プールを作り出すためのエネルギー源と、センサシステムと、コントローラとを更に含む。センサシステムは、プラットフォームの構築領域（ｂｕｉｌｄ  ｒｅｇｉｏｎ）の静止した第１視野を有する第１カメラと、第１視野よりも狭い第２視野であって、第２領域を追跡するよう構成されている第２視野を有する、第２カメラと、第２視野よりも狭い第３視野であって、第２領域をカバーする第３視野を有する、第３カメラとを、含む。コントローラは、第１カメラ、第２カメラ、及び第３カメラからデータを受信し、このデータから供給材料の層の温度マップを生成し、かつ、この温度マップに基づいて、最上層の供給材料を溶解させるようにエネルギー源を動作させるよう、設定される。
【０００８】
一部の実行形態では、熱源は、第１領域にエネルギーを供給するためのランプのアレイを含む。コントローラは、測定された温度に基づいて、ランプのアレイの各ランプを選択的に動作させるよう、設定されうる。一部の実行形態では、第１領域に熱を供給することは、測定された温度に基づいて、赤外線ランプのアレイの各ランプを選択的に動作させることを含む。
【０００９】
一部の実行形態では、エネルギー源はレーザを備える。一部の実行形態では、エネルギービームはレーザによって放出される。
【００１０】
一部の実行形態では、第２領域のサイズ、エネルギービームの出力、又はスキャンスピードを含む一又は複数のパラメータが、測定された寸法に基づいて調整又は選択される。コントローラは、一又は複数の特性を調整又は選択するようにエネルギー源を動作させるよう、設定されうる。
【００１１】
一部の実行形態では、センサシステムは、供給材料の最上層の全幅及び全長にわたって温度を測定するよう構成された、赤外線画像撮影システムを備える。
【００１２】
一部の実行形態では、供給材料の最上層からの熱放射に基づいて、供給材料の最上層の全長及び全幅を通じて均一に分布した複数の場所において、温度が測定される。センサシステムは、温度を測定するよう構成された、赤外線画像撮影システムを含みうる。供給材料の最上層の温度を測定することは、複数の場所において温度を測定することを含む。
【００１３】
一部の実行形態では、方法は、ハイスピードカメラを使用して、溶融プールの寸法を測定することを更に含む。一部の実行形態では、装置は、溶融プールの寸法及び固液界面における熱勾配を測定するよう構成された、ハイスピードカメラを含みうる。
【００１４】
一部の実行形態では、ハイスピードカメラは、溶融プール内の供給材料の温度を測定するよう構成される。コントローラは、閾値温度と比較した供給材料の測定された温度に基づいて、溶融プールの寸法を判定するよう構成されうる。溶融プールの寸法を測定することは、溶融プール内の供給材料の温度を測定することと、閾値温度と比較した供給材料の測定された温度に基づいて、溶融プールの寸法を判定することとを、含みうる。
【００１５】
一部の実行形態では、寸法とは長さである。ハイスピードカメラは、溶融プールの長さを測定し、幅を測定するよう構成されうる。コントローラは、測定された長さ及び測定された幅に基づいて、エネルギー源を動作させるよう設定されうる。方法は、ハイスピードカメラを使用して、幅を測定することを更に含みうる。エネルギービームを放出することは、測定された長さ及び測定された幅に基づいてエネルギービームを放出することを含みうる。
【００１６】
一部の実行形態では、最上層の第３領域内の供給材料によって、波長が放出されうる。センサシステムは、波長を検出するための分光光度計を含んでよく、検出された波長に基づいて、第３領域内の供給材料の冷却速度が判定されうる。熱源又はエネルギー源は、判定された冷却速度に基づいて稼働しうる。コントローラは、冷却速度を判定するよう設定されうる。温度を測定することは、波長を検出することと、冷却速度を判定することとを含みうる。
【００１７】
一部の実行形態では、第３領域は第１領域よりも小さく、第２領域よりも大きい。
【００１８】
利点には、下記で、及び本書のどこか別のところで説明されているものが含まれるが、それらに限定されるわけではない。供給材料の最上層の温度プロファイル（すなわち、ある特定の位置（ボクセルなど）における時間の関数としての温度）が、より精密かつ正確に制御されうる。これにより、最上層の供給材料が、より再現可能な様態で、かつ望ましい温度プロファイルにしたがって、加熱及び冷却されることが可能になるので、付加製造装置によって形成される物体が望ましい材料属性を有すると共に、不具合が減少する。センサシステムは、複数の別個のセンサであって、その各々が、最上層の別々の領域において供給材料の属性を測定する、複数の別個のセンサを含みうる。かかるセンサからのデータは、付加製造装置のエネルギー供給システムの閉ループフィードバック制御を提供するために統合されるので、エネルギー供給システムは、温度プロファイルを精密かつ正確に制御するよう操作されることが可能になる。
【００１９】
この明細書で説明している主題の一又は複数の実行形態の詳細事項が、添付図面及び以下の説明に明記される。その他の実現可能な特徴、態様、及び利点も、説明、図面、及び特許請求の範囲から自明となろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】付加製造装置の簡潔な概略側面図である。
【図１Ｂ】付加製造装置の概略側面図である。
【図２】供給材料の層の上面図である。
【図３】熱撮像デバイスによって生成された温度マップを示す。
【図４】溶融プールの側面図である。
【図５】付加製造装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
供給材料（例えば粉末）を溶解させることを伴う付加製造プロセスでは、部品品質及び歩留まりの要件を満たすために、正確な熱制御が必要とされる。例えば、付加製造プロセスにおいて、エネルギー供給システムがパターンの狭小なセクションを過熱させると、キーホールにより、供給材料の層内にポアが導入されうる。多孔性は、部品材料の属性（強度及び耐疲労性など）に悪影響を及ぼすものであり、部品品質に影響を与える熱的問題によるいくつかの不具合のうちの１つである。最上層上に急激な熱勾配があると、部品の反り（ｗｏｒｐｉｎｇ）、応力誘発性の割れ、及び変形が生じうる。付加製造プロセス中の部品変形は望ましくない。変形した部品は、付加製造装置内の稼働中ハードウェアに物理的に干渉すること、又は部品の寸法仕様に対する不適合による部品廃棄を余儀なくさせることがあるからである。製造中に、加わる熱が足りなければ、又は非補償の熱伝達による熱損失があまりに大きくなれば、不完全な溶解が生じうる。ゆえに、供給材料の、製造プロセス中に溶解されることになる部分は、反復可能な望ましい温度プロファイルに従うことが望ましい。
【００２２】
粉末を支持するプラットフォームを予熱することにより、低背部品（ｓｈｏｒｔ  ｐａｒｔｓ）の供給材料の最上層の温度プロファイルは制御されうるが、このことは、高背部品（ｔａｌｌ  ｐａｒｔｓ）では、温度制御を容易にすることはできず、温度制御を悪化させる（ｅｘａｓｐｅｒａｔｅ）ことすらある。プラットフォームから部品に伝わる熱は、高背部品の上方層には到達しない。予熱されたプラットフォームから供給材料の最上層までの距離が長すぎるからである。高背部品の最上層を加熱するためにプラットフォームからの熱量を増大させると、供給材料の底部層の過熱が引き起こされる。
【００２３】
粉末は、供給材料の初期温度と溶融温度との温度差を縮小することによって、溶解品質及びスループットを向上させるために、溶解に先だって予熱されうる。溶解したエリアの微細構造を改変し、かつ作製されている層上での温度変動を最小化して、ひいては、（例えば熱誘発性の残留応力及び変形による反り、割れ、及びその他の問題などを低減することにより）残留応力を減少させ、溶解品質を更に向上させるために、熱は、粉末が溶解（「熱処理」とも称される）された後にも、複数のエリアに加えられうる。熱は、放射損失、対流損失、及び伝導損失による熱不均一性を補償するためにも、使用されうる。層をモニタする複数のセンサからのデータを、閉ループフィードバックシステムに導くことによって、エネルギー供給システムは、温度プロファイルをより精密かつ正確に制御するよう操作されうる。
【００２４】
図１Ａを参照するに、付加製造装置１００は、プラットフォーム１０６上に分配された供給材料の最上層１０４の供給材料の属性を測定するための、センサシステム１０２を含む。センサシステム１０２は、熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、分光光度計１１２、又はこれらの任意の組み合わせを含む。
【００２５】
付加製造装置１００は、供給材料の最上層１０４にエネルギーを選択的に供給するための、エネルギー供給システム１１４を更に含む。エネルギー供給システム１１４は、熱源１１６と、エネルギー源１１８とを含み、熱源１１６は、エネルギー源１１８がエネルギーを供給する領域よりも大きな領域に、エネルギーを供給するよう構成されている。本書で説明しているように、コントローラ１１９は、センサシステム１０２及びエネルギー供給システム１１４に、動作可能に接続されている。コントローラ１１９は、装置１００の溶解品質、歩留まり、及びスループットを向上させるよう、最上層１０４の供給材料の属性の測定に基づいてエネルギー供給システム１１４を動作させる。例えば、センサシステム１０２は、多種多様な異なるレベルの解像度で、最上層１０４の温度の測定を行い、かかる測定により、コントローラ１１９は、供給材料の最上層１０４における望ましい温度プロファイルを実現するよう、エネルギー供給システム１１４の閉ループ制御を実施することが可能になる。
【００２６】
図１Ｂに描かれている例では、装置１００は、プラットフォーム１０６上に供給材料の連続した層１２１を分配するためのディスペンサ１２０を含む。付加製造プロセスにおいて、ディスペンサ１２０は供給材料の層を分配し、エネルギー供給システム１１４は、供給材料を溶融及び溶解させて、望ましい物体の部分を形成するよう、制御された様態でエネルギーを提供する。
【００２７】
ディスペンサ１２０は、プラットフォーム１０６の上方に配置された一又は複数のノズルであって、供給材料がそれらを通って流れる、一又は複数のノズルを含みうる。供給材料は、重力駆動であるか、又はディスペンサ１２０によって（例えば圧電アクチュエータによって）能動的に吐出される。個々のノズルの分配の制御は、空圧バルブ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）バルブ、ソレノイドバルブ、及び／又は磁気バルブによって行われうる。一部の実行形態では、ディスペンサ１２０は、開孔（この開孔を通って供給材料が分配される）を有するローラ、供給材料リザーバからの供給材料をプラットフォーム１０６に押し広げるための平刃若しくはパドル、又は、開孔を有するチューブであって、供給材料をチューブに押し通すためのオーガ（ａｕｇｕｒ）を封入しているチューブを含む。
【００２８】
装置１００は、プラットフォーム１０６上に堆積された供給材料の層を圧縮しかつ／又は平滑化するための、ローラ又はブレードといった、圧縮機構及び／又は平坦化機構を含みうる。
【００２９】
一部の実行形態では、供給材料は金属粒子を含む。金属粒子の例は、金属、合金、及び金属間合金を含む。金属粒子の材料の例は、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、及び、これらの金属の様々な合金又は金属間合金を含む。
【００３０】
一部の実行形態では、供給材料はセラミック粒子を含む。セラミック材料の例は、セリア、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、又はこれらの材料の組み合わせ（アルミニウム合金粉末など）といった、金属酸化物を含む。
【００３１】
一部の実行形態では、供給材料は、乾燥粉末若しくは懸濁液中の粉末、又は材料のスラリ懸濁液を含む。例えば、圧電プリントヘッドを使用するディスペンサの場合、供給材料は懸濁液中の粒子を含みうる。ディスペンサ１２０は、供給材料の層を形成するために、担持流体（例えば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、エタノール、又はＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）といった高蒸気圧担体）中の粉末を供給する。この担持流体は、層を焼結するステップに先立って蒸発しうる。あるいは、供給材料を分配するために、乾燥分配機構（例えば、超音波拡散及び加圧不活性ガスによって支援されるノズルのアレイ）が用いられることもある。
【００３２】
プラットフォーム１０６及びディスペンサ１２０は、ディスペンサ１２０がプラットフォーム１０６の種々の位置に供給材料を分配することが可能になるよう、互いに対して可動である。詳細には、この動きにより、供給材料が、プラットフォーム１０６の構築エリア１２２に沿った種々の位置にわたって分配されることが可能になる。例えば、一又は複数のアクチュエータを含むアクチュエータシステム１２４は、プラットフォーム１０６に対して、第１軸（例えばＸ軸）及び第２軸（例えばＹ軸）に沿って、ディスペンサ１２０を駆動するよう動作可能である。
【００３３】
エネルギー供給システム１１４は、供給材料の最上層１０４の一部分を予熱するか、熱処理するか、又は溶融させるために、プラットフォーム１０６上の供給材料の最上層１０４にエネルギーを供給するよう構成される。詳細には、コントローラ１１９は、供給材料の複数の部分を選択的に溶解させることによって物体を形成するために、既定のパターンを表わすデジタルデータにしたがって、エネルギー供給システム１１４を動作させる。本書で説明しているように、コントローラ１１９は、望ましい温度プロファイルを表わすデータを記憶しうる。このデータは、センサシステム１０２による測定に基づいて生成されうる。コントローラ１１９は、望ましい温度プロファイル、ひいては供給材料の選択的な溶解を実現するために、供給材料に供給されるエネルギー量を変動させるようにも、動作可能である。
【００３４】
図２を参照するに、エネルギー供給システム１１４及びセンサシステム１０２は、構築エリア１２２の供給材料の最上層１０４の、別々にサイズ設定された複数の部分にエネルギーを供給し、かかる部分の測定を行う。例えば、構築エリア１２２は、ボクセル１２９と、セル１２７と、セクション１２８とを含んでよく、ボクセル１２９が最小にサイズ設定された部分である。セル１２７はボクセルよりも大きく、セクション１２８は、セルよりも大きいが、構築エリア１２２よりは小さい。ボクセル１２９は、最上層１０４の、エネルギー供給システム１１４によってエネルギーが選択的に供給される、最小にサイズ設定された部分でありうるか、又はセンサシステム１０２によってモニタされる、最小にサイズ設定された部分でありうる。セル１２７の各々は複数のボクセル１２９を含み、複数のセル１２７がセクション１２８を形成し、複数のセクション１２８が構築エリア１２２を形成する。本書で説明しているように、エネルギー供給システム１１４のサブシステムとセンサシステム１０２のサブシステムとは、別様にサイズ設定された対象領域（例えば領域１２６、１４０、１５２、１５４）を有しうる。
【００３５】
エネルギー供給システム１１４の熱源１１６は、最上層１０４の領域１２６にエネルギーを供給するよう構成される。一部の実行形態では、領域１２６は、プラットフォーム１０６の構築エリア１２２の幅全体にわたって、構築エリア１２２の長さ全体にわたって、又はその両方にわたって、延在する。代替的又は追加的には、領域１２６は、構築エリアの幅の一部分にわたって、構築エリの長さの一部分にわたって、又はその両方にわたって、延在する。
【００３６】
熱源１１６が、構築エリア１２２の幅又は長さの一部分だけにエネルギーを供給するよう動作可能な実行形態では、プラットフォーム１０６と熱源１１６とは、（例えば、図１Ｂに示している、プラットフォーム１０６と熱源１１６との間の相対運動１３５を引き起こし、図２に示している方向１３１への相対運動を引き起こすために、）互いに対して可動である。例えば、アクチュエータシステム１２５（図１Ｂ参照）は、熱源１１６を、第１軸及び／又は第２軸に沿って、プラットフォーム１０６に対して駆動するよう動作可能な、一又は複数のアクチュエータを含む。こうすることで、熱源１１６は、エネルギーが構築エリア１２２全体にわたって供給可能になるように、プラットフォーム１０６の端から端まで水平方向に可動になる。図２に描かれている例では、熱源１１６は、Ｙ軸に平行な方向１３１に可動である。
【００３７】
熱源１１６は、領域１２６のセクション１２８のうちの一又は複数にエネルギーを選択的に供給するよう、動作可能である。各セクション１２８は、供給材料の複数のセル１２７を含んでよく、各セル１２７は、供給材料の複数のボクセル１２９を包含する領域に対応している。セクション１２８は、Ｘ軸とＹ軸の両方に沿って複数のボクセルを有する正方形の一領域として図示されているが、これは図式的なものである。この領域は、他の形状を有することもあり、一部の実行形態では、Ｘ軸又はＹ軸の方向の幅が、単一ボクセル分しかないこともある。
【００３８】
例えば、熱源１１６は、セクション１２８を照射するよう選択的に作動可能な、複数の赤外線ランプ１１７を含みうる。赤外線ランプ１１７の各々は、作動している時に、最上層１０４のセクション１２８のうちの対応する１つを加熱する、赤外光１３３を放出する。赤外線ランプ１１７は電子的にアドレス可能（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）であるので、各セクション１２８に供給されるエネルギー量は個別に制御可能である。例えば、ランプの各々について、赤外線ランプに供給される電力が変調されうる。一部の実行形態では、熱源１１６の赤外線ランプ１１７は、Ｘ軸、Ｙ軸、又はその両方に沿って延在する、線形のアレイに配置される。
【００３９】
一部の実行形態では、領域１２６全体のセクション１２８にエネルギーを供給するために赤外線ランプ１１７が個別に制御可能になりうるように、赤外線ランプ１１７は、プラットフォーム１０６の幅全体にわたって延在する。このような場合、赤外線ランプ１１７が、領域１２６にエネルギーを供給するために、Ｘ軸に沿って動くことはない。あるいは、赤外線ランプ１１７は、プラットフォーム１０６の幅の一部分にわたってのみ延在しており、領域１２６全体のセクション１２８のうちの一部分にだけエネルギーを供給するよう、個別に制御可能である。赤外線ランプ１１７を含む熱源１１６は、赤外線ランプ１１７が領域１２６全体を加熱することが可能になるよう、Ｘ軸に沿って、プラットフォーム１０６に対して可動でありうる。
【００４０】
粉末は、何らかの温度を上回ると、ねばついたものに（ゆえに粘性に）なりうる。このことは、層又は後続層の適切な堆積を妨げうる。ゆえに、一部の付加製造プロセスでは、粉末の温度は、上昇するが、粉末がねばついたり粘性になったりする閾値温度を超えないことが望ましい。金属粉末の場合、「ねばつく（ｔａｃｋｙ）」とは、若干量のネッキング又は焼結のことを示しうる（例えば、ある割合の粒子が接点において焼結されるが、粒子に著しい形態変化はない）。熱源１１６が予熱のためにあることを前提とすると、熱源１１６は、供給材料が溶解する第２温度を下回る第１温度まで、選択された部分のボクセルを加熱するよう、領域１２６にエネルギーを提供する。この第１温度は、供給材料にネッキングが発生する第３温度を上回るものでありうる。第１温度は、供給材料にケーキングが発生する第４温度を上回るものでありうる。この高い方の第４の「ケーキング」温度は、供給材料の接点で焼結が発生するが、供給材料は実質的に多孔性のままであり、供給材料に著しい高密度化は発生しない（例えばケーキ様密度が実現される）、閾値を上回る。一部の実行形態では、この高い方の第４温度は、ケーキング温度を上回るが、それでも溶解温度を下回る。溶解温度において、供給材料は溶解して（例えば焼結又は溶融して）、多孔度が低下した又は粒子間の間隙が減少した、固体隗を形成する。
【００４１】
エネルギー供給システム１１４は、熱源１１６を通じてエネルギーを供給することに加えて、エネルギー源１１８を使用してエネルギーを供給する。エネルギー源１１８は、最上層１０４の領域１３０にエネルギーを供給する。領域１３０は、熱源１１６がエネルギーを供給する領域１２６よりも小さい。例えば、領域１３０は、単一ボクセル以下のスポットサイズを有しうるか、又は、複数のボクセルをカバーするスポットサイズを有することもある。こうすることで、領域１３０は、セル１２７のサイズよりも小さくなる。図２には領域１２６の中にある領域１３０が図示されているが、エネルギー供給システム１１４が領域１３０を加熱す前に、領域１２６が加熱されることもある。例えば、ビームスポット１３９が領域１３０を加熱する（図２参照）のと同時に、図１Ｂに示しているように、赤外光１３３がセクション１２８ａ（図２参照）を加熱することもある。赤外線ランプ１１７とプラットフォーム１０６との間の相対運動１３５により、赤外光１３３が供給されるセクション１２８ａが、領域１２６全体にわたってスキャンされ、領域１３０を追跡することが可能になる。
【００４２】
図１Ｂを再度参照するに、エネルギー源１１８は、エネルギービーム１３２を放出して、最上層１０４の領域１３０に衝突させる、光エンジンを含む。エネルギービーム１３２は、形成されるべき物体に対応している既定のパターンにおける供給材料を溶解させるのに十分な熱を、選択的に供給する。一部の実行形態では、溶解とは、溶融と固化を含むか、固体形態を保ったままの焼結を含むか、又は粉末を溶解させるその他のプロセスを含む。
【００４３】
一部の実行形態では、光エンジンはレーザ１３４とミラー１３６とを含む。レーザ１３４はミラー１３６に向けてエネルギービーム１３２を放出し、ミラー１３６は、エネルギービーム１３２を、最上層１０４の種々の部分に向けて方向付けし直す。例えば、ミラー１３６は、エネルギービーム１３２を、Ｙ軸に沿った最上層１０４の種々の部分へと方向付けし直すよう、回転可能である。例えば、ミラー１３６は、ポリゴンミラースキャナ又はガルボミラースキャナの一部でありうる。
【００４４】
ミラー１３６が、エネルギービーム１３２をＸ軸に沿った最上層１０４の複数の部分へと方向付けし直すことを可能にするよう、エネルギー源１１８全体が平行移動可能でありうるか、又は、Ｘ軸に沿ったエネルギービーム１３２の動きが、第２ガルボミラースキャナによって提供されることもある。一部の実行形態では、アクチュエータシステム１３８は、ミラー１３６を平行移動させるための第１アクチュエータと、ミラー１３６を回転させるための第２アクチュエータとを含む。これにより、例えば領域１３０に供給されるビームスポット１３９（図２参照）が、Ｘ軸とＹ軸の両方に沿って、構築エリア１２２の端から端まで水平方向に動かされることが可能になる。ミラー１３６が回転すると、ビームスポット１３９は、Ｘ軸と平行に、方向１４１に動く。ビームスポット１３９は、Ｘ軸に沿って延在し、かつＹ軸に沿って互いにから離間している複数の平行経路に沿って、スキャンパターンをスイープする。構築エリア１２２全体にわたる供給材料の選択的な溶解を可能にするために、エネルギー源１１８は、ある特定の経路に沿って供給材料を溶解させた後、スキャンパターンのハッチ間隔に対応して段階的に（ｉｎ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）、Ｙ軸に沿って可動であり、これにより、ビームスポット１３９は、初期の溶解経路からオフセットしている別の平行経路に沿ってスイープすることが可能になる。
【００４５】
一部の実行形態では、エネルギー源１１８及び熱源１１６は、プラットフォーム１０６の上方の同一の支持体に装着され、共通のアクチュエータが、エネルギー源１１８及び熱源１１６を駆動して、プラットフォーム１０６に対して、支持体に沿って動かす。このアクチュエータは、駆動されると、熱源１１６及びエネルギー源１１８を、Ｙ軸に沿って動かす。
【００４６】
領域１２６のセクション１２８は、ボクセルの約２倍から１０倍、又はそれを上回る大きさでありうる。ボクセル１２９は、領域１３０のスポットサイズの約５０倍から約１５０倍、又はそれを上回る大きさでありうる。セクション１２８は、領域１３０よりも桁違いに大きい。例えば、種々のセクション１２８の各々は幅がおよそ１０ｍｍ以上であってよく、領域１３０は５０ミクロン以上でありうる。
【００４７】
一部の実行形態では、領域１２６と領域１３０は互いに重複している。熱源１１６がエネルギーを供給する領域１２６は、領域１３０、構築エリア１２２のビームスポット１３９が既に通過した部分、及び／又は構築エリア１２２のビームスポット１３９がこれから通過する部分を含む。別の言い方をすると、熱源１１６は、エネルギー源１１８が構築エリア１２２の一部分にエネルギーを供給する前に、この部分にエネルギーを供給し、かつ／又は、エネルギー源１１８が構築エリア１２２の一部分にエネルギーを供給した後に、この部分にエネルギーを供給する。例えば、領域１２６は、領域１３０から、一又は複数のボクセル分、又は一又は複数のセル１２７分だけ、遅れをとることがある。
【００４８】
熱源１１６は、エネルギー源１１８がエネルギーを提供する前に最上層１０４の一部分にエネルギーを提供することによって、エネルギー源１１８が領域１３０を溶融及び焼結させるのに備えて、領域１２６を予熱する。予熱することで、温度の漸進的な上昇がもたらされ、供給材料が高温になって、初期温度と溶融温度との差が縮小することによって、供給材料を溶解するためにエネルギー源１１８に求められるエネルギー密度が減少する。予熱された高温で供給材料を溶解させることにより、エネルギー源１１８に求められるエネルギー密度が減少することで、不完全溶解のリスクを伴わない、より迅速なスキャンが促進される。熱源１１６を使用して最上層１０４の溶解した部分を加熱することで、最上層１０４と次の層１２１とを通じた熱変動が最小化され、これにより、部品の高さが層毎に増大する際の、残留応力が最小化される。
【００４９】
熱源１１６は、領域１３０の供給材料が溶融及び溶解された後にも、供給材料のこの部分にエネルギーを継続的に供給して供給材料を熱処理することによって、供給材料の冷却速度を制御しうる。ビームスポット１３９が、領域１３０の一部分を通って、又は領域１３０全体を通ってスキャンを行うと共に、熱源１１６は、領域１３０を通るビームスポット１３９の走行に基づいて、セクション１２８を選択的に予熱するか又は熱処理するよう操作される。
【００５０】
エネルギー供給システム１１４が供給材料の溶解を促進している時に、センサシステム１０２は、供給材料の温度をモニタする。熱撮像デバイス１０８が、供給材料の温度を測定する。例えば、熱撮像デバイス１０８は、構築エリア１２２の領域１４０における温度変動を示す画像を撮影する、赤外線画像撮影システム（例えば赤外線カメラ）である。図３を参照するに、撮影された画像は、領域１４０全体を通じた温度（例えば平均温度）を示す温度マップ１４２を形成するため使用可能である。熱撮像デバイス１０８は、領域１４０全体にわたって延在する複数の位置において、温度を測定する。一部の例では、温度が測定される位置は、領域１４０内に均一に分布している。
【００５１】
一部の実行形態では、領域１４０は、構築エリア１２２全体に（例えば、構築エリア１２２の長さと幅の両方にわたって）広がる。換言すると、熱撮像デバイス１０８は、構築エリア１２２の全てをカバーする視野１０８ａを有する。領域１４０は、構築エリア１２２のセル１２７の各々をカバーする。一部の実行形態では、領域１４０は、構築エリア１２２の全体に満たない範囲をカバーするが、それでも、領域１２６よりも広い面積に広がる。領域１４０が構築エリア１２２の全体に満たない範囲をカバーしている実行形態では、熱撮像デバイス１０８は、構築エリア１２２全体にわたる温度の測定が可能になるよう、プラットフォーム１０６に対して可動である。
【００５２】
図３に描かれている例では、温度マップ１４２は、領域１２６内の供給材料の温度が、例えば熱源１１６によるエネルギー供給により、領域１２６の外部の供給材料の温度よりも高いことを示している。熱撮像デバイス１０８は、領域１２６における温度変動を検出する。例えば、第１エリア１４４内の温度は周囲のエリア１４６の温度よりも低く、第２エリア１４８内の温度は、周囲のエリア１４６の温度よりも高い。加えて、第３エリア１５０内の温度は、例えばエネルギー源１１８によるエネルギー供給により、周囲のエリア１４６の温度よりも高く、かつ第２エリア１４８内の温度よりも高くなっている。
【００５３】
図２を再び簡潔に参照するに、溶融プールモニタ１１０は、エネルギー源１１８がエネルギービーム１３２を導く領域１３０を含む領域１５２の、供給材料の属性を示すデータを生成する。領域１５２は、領域１３０と重複しており、かつ領域１３０を取り囲んでいる。溶融プールモニタ１１０によってモニタされる領域１５２は領域１３０よりも大きいが、それでも、溶融プールモニタは領域１４０よりも大幅に狭い領域に向けられる。例えば、溶融プールモニタ１１０のカメラは、単一のボクセル又は２つ以上のボクセルをカバーする視野１１０ａを有しうる。図２に示している例では、領域１５２は複数のボクセル１２９をカバーしており、領域１５２の中心は領域１３０の中心と並置されている。これにより、溶融プールモニタ１１０は、ビームスポット１３９によって溶融されている供給材料の属性を示すデータを生成しうる。溶融プールモニタ１１０は、セル１２７のうちの１つだけをカバーすることも、場合によっては、単一のセル１２７と周囲の複数のセル１２７の一部分とに広がることもある。例えば、領域１５２は、領域１３０によってカバーされている一又は複数のボクセルをカバーし、かつ領域１３０の周囲のエリアにも広がる。領域１３０の周囲のエリアは、領域１３０の周囲のボクセル全てを含みうる。場合によっては、領域１３０は、領域１３０の周囲の各ボクセルの一部分を含みうる。こうすることで、溶融プールモニタ１１０は、領域１３０の供給材料だけでなく、領域１３０の周囲のエリアの供給材料の温度も検出しうる。領域１３０の周囲のエリアの供給材料の温度と比較した、領域１３０の供給材料の温度は、溶融プールモニタ１１０によってモニタされている、本書に記載の一又は複数の属性を示しうる。
【００５４】
溶融プールモニタ１１０は、領域１３０を追うよう、プラットフォーム１０６に対して可動である。例えば、プラットフォーム１０６に対する溶融プールモニタ１１０の動きは、最上層１０４上でのビームスポット１３９の動きを追跡する。
【００５５】
図４を参照するに、溶融プールモニタ１１０によって測定される供給材料の属性は、溶融プール１５３の属性を含む。溶融プール１５３は、供給材料の最上層１０４に衝突するエネルギービーム１３２により付与されるエネルギーにより、供給材料から形成される。
【００５６】
一部の例では、溶融プールモニタ１１０は、赤外線フィルタと、拡大レンズと、領域１５２の温度を測定するよう温度較正されたハイスピードカメラとを含む。コントローラ１１９は、溶融プールモニタ１１０によって撮影された画像から、溶解した供給材料と、未溶解の供給材料と、溶融した供給材料とを区別しうる。溶融プールモニタ１１０による測定は、供給材料のその他の属性（例えば、供給材料の冷却速度、供給材料の結晶化速度、又は供給材料のその他の属性）も示しうる。領域１５２における温度分布は、供給材料の一部分が、溶解しているか、未溶解であるか、それとも溶融しているかを示す。例えば、供給材料のどの部分が溶融した供給材料を構成しているかを判定するために、溶融プールモニタ１１０によって測定された温度が、既定の閾値と比較される。供給材料の、既定の閾値を上回る温度を有している部分は、溶融しており、ゆえに、溶融プール１５３を構成している。
【００５７】
熱撮像デバイス１０８は溶融プール１５３の温度の測定を行いうるが、一部の実行形態では、溶融プールモニタ１１０が、熱撮像デバイス１０８よりも正確に、領域１５２の供給材料の温度測定を行うか、又は熱撮像デバイス１０８よりも高い解像度の、領域１５２の供給材料の画像を提供する。一部の実行形態では、溶融プールモニタ１１０は、供給材料の最上層１０４の、溶融プール１５３と未溶解の供給材料との間の固液界面において、溶融プール１５３の熱勾配の測定を行う。熱勾配の測定は、溶融プール１５３の一又は複数の寸法を示しうる。これにより、溶融プール１５３のサイズ及び形状が精密に制御されることが可能になる。熱勾配は、溶融プール１５３を形成する供給材料と溶融プール１５３の周囲の供給材料の両方の測定に基づいて、判定されうる。
【００５８】
領域１４０の総面積と比較して、エネルギービーム１３２が衝突する領域１３０の面積の方が狭いので、エネルギービーム１３２がより精密に制御されうるように、（少なくとも領域１３０を包含する）領域１５２について解像度が高められた温度測定を有することは、有利でありうる。かかる温度測定は、領域１５２の温度解像度が高められた温度マップを提供するために、熱撮像デバイス１０８の温度測定と組み合わされうる。
【００５９】
溶融プールモニタ１１０によって検出される属性は、温度に加えて、溶融プール１５３の形状寸法を示す一又は複数の属性（例えば、溶融プール１５３の寸法、溶融プール１５３の長さＬ１、溶融プール１５３の幅（図示せず）、溶融プール１５３の深さＤ１、溶融プール１５３の真円度、溶融プール１５３の形状、又は、領域１３０に供給されるエネルギーの特性に依拠する、溶融プール１５３のその他の属性など）を含みうる。溶融プール１５３の寸法は、画像処理アルゴリズムに基づいて、コントローラ１１９によって算出されうる。
【００６０】
図１Ｂを再度参照するに、分光光度計１１２が、供給材料の領域１５４における、供給材料の属性を測定する。分光光度計１１２は、供給材料の一部分に向けて赤外光を放出して、放出された赤外光に対する、供給材料のこの部分のスペクトル応答を検出する、赤外線分光光度計である。分光光度計１１２によって行われる測定は、供給材料のこの部分が、それ以前のエネルギービーム１３２の衝突から冷えていく時の、供給材料のこの部分の温度を示す。領域１５４の供給材料が冷えていくにつれて、分光光度計１１２によって検出可能な光波長は変動する。検出された波長は、領域１５４の供給材料の温度を示す。
【００６１】
領域１５４は、エネルギー源１１８がエネルギービーム１３２を導く領域１３０に遅れをとることがある。領域１５４は、領域１３０の直後のセル１２７を追跡しうる。こうすることで、分光光度計１１２は、エネルギー源１１８が供給材料の一部分にエネルギーを供給した後に、供給材料のこの部分の属性を測定する。領域１５４は、領域１５２よりも大きいことがあるが、領域１４０よりは小さい。例えば、領域１５２が単一のボクセルをカバーしているのであれば、領域１５４は複数のボクセル１２９に広がりうる。領域１５２が単一のセル１２７をカバーしているのであれば、領域１５４は複数のセル１２７に広がりうる。供給材料の、分光光度計１１２によってモニタされる部分は、供給材料の、ビームスポット１３９の動きの方向１４１に対して溶融プール１５３の直後の部分であって、エネルギー源１１８によって溶融されたばかりの部分に対応する。例えば、領域１５４は、１から１０ボクセル分だけ、領域１３０からオフセットしている。あるいは、領域１５４は、領域１３０を含み、かつ、少なくとも、１から１０ボクセル分だけ領域１３０の先にある部分、及び／又は１から１０ボクセル分だけ領域１３０より後にある部分も含む。こうすることで、分光光度計の視野１１２ａは、最大で１０ボクセル以上をカバーすることが可能になる。
【００６２】
分光光度計１１２は、冷えつつある供給材料について、高解像度温度読取値（ｒｅａｄｉｎｇｓ）を提供しうる。かかる読取値は、領域１５４における、特に漸進的な加熱中及び冷却中の供給材料の温度に関する精度が向上した、温度マップを提供するために、熱撮像デバイス１０８及び溶融プールモニタ１１０の測定値と組み合わされうる。
【００６３】
一部の実行形態では、領域１５４は、供給材料の、ビームスポット１３９の動きの方向１４１に対して溶融プール１５３のすぐ先にある部分を、更に含む。このような場合、分光光度計１１２は、供給材料の、溶融及び溶解のために徐々に加熱されることになる部分の測定を行う。
【００６４】
図５を参照するに、コントローラ１１９は、熱源１１６及びエネルギー源１１８を含むエネルギー供給システム１１４に動作可能に接続されることにより、エネルギー供給システム１１４の動作を制御することが可能になる。コントローラ１１９は、更に、熱源１１６及びエネルギー源１１８の動作を制御するためにセンサシステム１０２によって集められたデータを使用しうるように、センサシステム１０２に動作可能に接続される。コントローラ１１９は、センサシステム１０２によって集められたデータに基づいて、溶解品質の向上を実現するよう、エネルギー供給システム１１４を動作させる。詳細には、本書で説明しているように、熱源１１６のある種のパラメータ、及びエネルギー源１１８のある種のパラメータは、センサシステム１０２からの信号に応じて調整可能である。
【００６５】
コントローラ１１９は、熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、及び分光光度計１１２の各々からデータを受信し、かかるデータを統合して、最上層１０４の温度プロファイルを生成する。例えば、熱撮像デバイス１０８は、コントローラ１１９に、供給材料の最上層１０４の一部分又は全体にわたる温度を示すデータを提供する。溶融プールモニタ１１０は、コントローラ１１９に、溶融プール１５３の温度を示すデータ、及び溶融プール１５３の形状寸法を示すデータを提供する。分光光度計１１２は、コントローラ１１９に、供給材料の、エネルギービーム１３２が既に衝突した部分又はこれから衝突する部分の温度を示す、データを提供する。熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、及び分光光度計１１２によって提供される、かかるデータに基づいて、コントローラ１１９は、供給材料の最上層１０４の正確な温度プロファイル（例えば温度マップ）を生成しうる。
【００６６】
一部の実行形態では、コントローラ１１９は、最上層１０４の温度プロファイルの正確性及び精度を向上させるために、最上層１０４の下の供給材料の複数の層の温度プロファイルに基づいて、温度プロファイルを生成する。詳細には、コントローラ１１９は、エネルギー供給システム１１４が供給材料の下層の各々にエネルギーを供給している時に熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、及び分光光度計１１２によって生成されたデータを使用して、対応する各層の温度プロファイルを生成する。下層についての温度データは履歴データに対応し、この履歴データは、最上層１０４の温度プロファイルを生成するために使用可能である。一部の実行形態では、履歴データにおける温度は、経時的に下層を通過する熱流を勘案するよう、調整される。ゆえに、コントローラ１１９には、層毎の温度プロファイルが提供される。コントローラ１１９は、下層から最上層１０４への熱伝達量を算出し、算出された熱伝達量を勘案して、最上層１０４の温度プロファイルを生成する。ゆえに、コントローラ１１９は、複数の下層の複数の温度プロファイルに基づいて、温度プロファイルを生成する。
【００６７】
コントローラ１１９は、最新の温度プロファイルを生成するための温度データが提供されることに加えて、最上層１０４の望ましい温度プロファイルを示す情報を受信する。一部の実行形態では、望ましい温度プロファイルは、最上層１０４向けにコントローラが選択した望ましい温度プロファイルに対応する。例えば、コントローラ１１９は、形成されるべき物体を示すデータを受信し、次いで、この物体に基づいて、かつ供給材料の形態及び属性の望ましい変更に基づいて、望ましい温度プロファイルを選択する。例えば、望ましい温度プロファイルにおける温度は、供給材料の望ましい予熱、望ましい熱処理、又は望ましい溶融を実現するよう、それぞれ選択される。本書で説明しているように、エネルギー供給システム１１４は、最上層１０４にエネルギーを供給して、センサシステム１０２を使用して測定された温度プロファイルに基づく望ましい温度プロファイルを実現するよう、閉フィードバックループで操作される。
【００６８】
望ましい温度プロファイルは、最上層１０４に沿って空間的に常に変動する温度を示すので、この望ましい温度プロファイルを実現するよう最上層１０４に供給されるエネルギーにより、物体の形成が促進される。例えば、エネルギービーム１３２が衝突する領域１３０は、望ましい温度プロファイルにおける最高温度を有する。ビームスポット１３９の動きの方向１４１に対する領域１３０のすぐ先のエリアが、周囲のエリアよりも高い温度を有することにより、このエリアの供給材料は、エネルギービーム１３２による焼結及び溶解に備えて徐々に加熱される。同様に、ビームスポット１３９の動きの方向１４１に対する領域１３０の直後のエリアは、このエリアの供給材料が直前のエネルギービーム１３２の衝突から冷えつつあるので、周囲のエリアよりも高い温度を有する。
【００６９】
加えて、コントローラ１１９は、個々のボクセルが望ましい温度プロファイルに従うように、付加製造プロセスが進行するにつれてエネルギー供給システム１１４によって供給される熱の量を調整する。例えば、コントローラ１１９は、初期温度の不均一性が検出されればそれを、例えば熱源１１６によって供給される熱を増大又は減少させることによって、補償しうる。
【００７０】
熱源１１６及びエネルギー源１１８は、望ましい温度プロファイルの実現を促進するよう調整可能なパラメータを有する。熱源１１６が複数の赤外線ランプを含む実行形態では、熱源１１６の調整可能パラメータは、ランプの強度を示すパラメータを含む。ランプの強度は、望ましい温度プロファイルを実現するよう、種々の値に設定されうる。例えば、ある場所において測定された温度プロファイルの温度が、構築エリア１２２に沿ったある場所における、望ましい温度プロファイルの望ましい温度を下回っている場合、測定された温度を上昇させるために、この場所の直上の赤外線ランプの出力が増大される。同様に、ある場所において測定された温度プロファイルのある温度が、その場所における望ましい温度を上回っている場合、測定された温度を下降させるために、出力が低減される。
【００７１】
図３に描かれている例示的な温度マップ１４２では、第１エリア１４４の上にあるランプが作動するか又は変調されて、より高率で（例えばより大きな強度で）エネルギーを放出するように、熱源１１６が操作されることにより、第１エリア１４４の温度は、周囲のエリア１４６と比較して、上昇しうる。加えて、第２エリア１４８の上にあるランプが停止されるか又は変調されて、より低率で（例えばより小さな強度で）エネルギーを放出するように、熱源１１６が操作されることにより、第２エリア１４８の温度は、周囲のエリア１４６と比較して、下降しうる。周囲のエリア１４６は、望ましい温度プロファイルにおける望ましい温度に合致する温度を有している。そのため、周囲のエリア１４６の上にあるランプは、設定された強度に維持される。
【００７２】
一部の例では、熱源１１６のランプは、望ましい温度プロファイルにしたがって、領域１３０のすぐ先又は直後の場所の温度を制御するよう、操作される。領域１３０のすぐ先の場所の上方に配置されたランプは、領域１３０の直後の場所の漸進的な冷却、及び領域１３０のすぐ先の場所の漸進的な加熱が可能になるよう、操作される。
【００７３】
エネルギー源１１８の調整可能パラメータは、ビームスポット１３９のサイズ、ビームスポット１３９のスキャンスピード、エネルギービーム１３２の出力、又はエネルギービーム１３２のスキャンパターンのハッチ間隔を含む。例えば、領域１３０の温度が、領域１３０における望ましい温度プロファイルの望ましい温度を下回っている実行形態では、領域１３０の温度を上昇させるために、ビームスポット１３９のサイズが縮小されるか、ビームスポット１３９のスキャンスピードが鈍化されるか、又はエネルギービーム１３２の出力が増強される。これにより、領域１３０における出力密度が増大することによって、領域１３０に対するエネルギー供給の比率が増大する。領域１３０の温度が、この領域における望ましい温度を上回っている実行形態では、領域１３０の温度を下降させるために、ビームスポット１３９のサイズが増大されるか、ビームスポット１３９のスキャンスピードが加速されるか、又はエネルギービーム１３２の出力が低減される。これにより、領域１３０における出力密度が減少することによって、領域１３０に対するエネルギー供給の比率が減少する。
【００７４】
一部の実行形態では、領域１３０の外部のある場所の温度が、この場所の望ましい温度を上回っているか、又は下回っている。ビームスポット１３９は領域１３０の外部の場所における温度上昇を引き起こしうるので、エネルギービーム１３２のスキャンパターンは、最上層１０４の、領域１３０の外部の複数の部分の温度に影響を与えるよう、調整可能である。例えば、領域１３０の外部の場所の温度が望ましい温度を上回っていることに応じて、スキャンパターンのハッチ間隔（例えば、スキャンパターンの平行経路間の距離）が、拡張されうる。このハッチ間隔の拡張により、領域１３０からこの場所への熱伝達率が低減する。同様に、ハッチ間隔は、領域１３０の外部の場所の温度が望ましい温度を下回っていることに応じて狭められうる。このハッチ間隔の縮小により、領域１３０からこの場所への熱伝達率が増大する。
【００７５】
いくつかの実行形態について説明してきたが、なおかつ、様々な改変がなされうることが理解されよう。
【００７６】
コントローラ及び演算デバイスは、上述の動作並びに本書に記載のその他のプロセス及び動作を実装しうる。上述したように、装置１００のコントローラ１１９は、装置１００の様々な構成要素、システム、及びサブシステムに接続された、一又は複数の処理デバイスを含みうる。コントローラ１１９は、動作を調節することが可能であり、かつ、装置１００に、上述したステップの様々な機能的動作又はシーケンスを実行させうる。
【００７７】
本書に記載のシステムの、コントローラ１１９及びその他の演算デバイス部分は、デジタル電子回路に、又はコンピュータのソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェアに実装されうる。例えば、コントローラは、コンピュータプログラム製品に（例えば非一過性の機械可読記憶媒体に）記憶されたコンピュータプログラムを実行するための、プロセッサを含みうる。かかるコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、又はコードとしても既知である）は、コンパイラ型言語又はインタープリタ型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書かれてよく、かつ、スタンドアローンプログラムとして、又は演算環境における使用に適したモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはその他のユニットとしてのものを含む、任意の形態でデプロイされうる。
【００７８】
説明されているシステムのコントローラ１１９及びその他の演算デバイス部分は、データオブジェクト（例えば、各層について供給材料が堆積されるべきパターンを識別する、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）対応型ファイル）を記憶するための、非一過性のコンピュータ可読媒体を含みうる。例えば、このデータオブジェクトは、ＳＴＬ形式のファイル、３Ｄマニュファクチャリングフォーマット（３ＭＦ）ファイル、又は付加製造ファイルフォーマット（ＡＭＦ）ファイルでありうる。例えば、コントローラは、遠隔コンピュータからデータオブジェクトを受信することもある。（例えばファームウェア又はソフトウェアによって制御されている）コントローラ１１９のプロセッサは、コンピュータから受信したデータオブジェクトを解読し、装置１００の構成要素を制御するのに必要な一連の信号を生成して、各層の特定のパターンを溶解させうる。
【００７９】
具体的な実行形態の一部について説明してきたが、その他の実行形態も実現可能である。例えば、
・エネルギー源１１８は、供給材料を焼結又は溶融させるためのエネルギーを提供すると説明しているが、一部の実行形態では、エネルギー源は、供給材料の一部分を予熱又は熱処理するよう、動作可能である。例えば、エネルギー源１１８は、エネルギー源１１８によって放出されるエネルギービーム１３２の出力が変調されうるように構成される。この出力は、エネルギービーム１３２が領域１３０に衝突して、領域１３０内の供給材料を予熱又は熱処理するように選択される。
・装置１００は、代替的又は追加的に、供給材料を予熱又は熱処理するよう動作可能な、一又は複数の更なるエネルギー源を含む。例えば、１つのエネルギー源が、エネルギー源１１８により放出されたエネルギービーム１３２に遅れてエネルギービームを放出するよう動作可能である。この更なるエネルギービームは、例えば望ましい温度プロファイルに基づいて、供給材料を熱処理するために使用される。エネルギー源は、代替的又は追加的に、エネルギー源１１８により放出されたエネルギービーム１３２に先行するエネルギービームを放出するよう動作可能である。この更なるエネルギービームは、例えば望ましい温度プロファイルに基づいて、供給材料を予熱するために使用される。エネルギー源１１８はレーザを含むと説明しているが、一部の実行形態では、ソース源１１８は、供給材料を予熱又は熱処理するための電子ビームを含む。
・一部の実行形態では、熱エネルギー源１１８は、レーザとガルボミラースキャナと平面ミラーとを含む。熱源１１６は、代替的又は追加的に、レーザとポリゴンミラースキャナとを含む。ポリゴンミラースキャナは、光線を受け、一方向に継続的に回転して、光線が経路に沿ってスキャンを行うようにする。
・熱源１１６、エネルギー源１１８、熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、分光光度計１１２、又はこれらの組み合わせは、プラットフォーム１０６に対して可動であると説明しているが、一部の実行形態では、プラットフォーム１０６が、これらのデバイスに対して可動である。例えば、プラットフォーム１０６は、Ｙ軸、Ｘ軸、又はその両方に沿ってプラットフォーム１０６を平行移動させるよう操作される、コンベヤに装着される。
・熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、及び分光光度計１１２は、プラットフォーム１０６に対して可動であると説明しているが、一部の実行形態では、熱撮像デバイス１０８、溶融プールモニタ１１０、及び分光光度計は、レーザ１３４とミラー１３６との間の光エンジン内に組み込まれる。例えば、光エンジン内のセンサから、レーザビーム１３２に沿って最上層１０４の種々の部分に向かう、軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）光経路を形成するために、光ビームスプリッタが、レーザ１３４とミラー１３６との間に配置される。
【００８０】
したがって、その他の実行形態も特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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