(57)【要約】  付加製造システムは、上に配置された粉末金属材料を有する構築プレートを含んでいる。付加製造システムはまた、エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、コンベヤシステムと、複数の動作ステーションとを含んでいる。コンベヤシステムは、エアロック式構築チャンバ内に配置されている。コンベヤシステムは構築プレートを輸送するよう構成されている。複数の動作ステーションは、コンベヤシステムに隣接してエアロック式構築チャンバ内に配置されている。複数の動作ステーションの各動作ステーションは、構築プレート上に配置された粉末金属材料に対する少なくとも１つの付加製造動作の実行を容易にするよう構成されている。コンベヤシステムは、構築プレートを複数の動作ステーションのうちの第１動作ステーションから、複数の動作ステーションのうちの第２動作ステーションに移送するよう構成されている。
2020506294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末金属材料がその上に配置された構築プレートを含む付加製造システムであって、前記付加製造システムは、
エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、
前記エアロック式構築チャンバ内に配置されたコンベヤシステムであって、前記コンベヤシステムは前記構築プレートを輸送するよう構成された、コンベヤシステムと、及び
前記エアロック式構築チャンバ内の前記コンベヤシステムに隣接して配置された複数の動作ステーションであって、前記複数の動作ステーションの各動作ステーションは、前記構築プレート上に配置された前記粉末金属材料に対する少なくとも１つの付加製造動作の実行を容易にするよう構成され、前記コンベヤシステムは、前記構築プレートを前記複数の動作ステーションのうちの第１動作ステーションから前記複数の動作ステーションのうちの第２動作ステーションに移送するよう構成されている、複数の動作ステーションと、
を備える、付加製造システム。
【請求項２】
前記エアロック式構築チャンバ及び前記コンベヤシステムが直線構成で構成されている、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
前記エアロック式構築チャンバ及び前記コンベヤシステムが円形構成で構成されている、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項４】
エアロック式入力チャンバを画定する少なくとも１つの壁をさらに備える、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項５】
エアロック式出口チャンバを画定する少なくとも１つの壁をさらに備える、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記複数の動作ステーションのうちの少なくとも１つの動作ステーションが直接金属レーザ溶融システムを備える、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記複数の動作ステーションのうちの少なくとも１つの動作ステーションが粉末除去システムを備える、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項８】
付加製造システムと流れ連通して結合されるよう構成された移動式パージステーションであって、前記付加製造システムは、エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁を含み、前記移動式パージステーションは、
不活性ガスを収容するよう構成された容器であって、前記容器は前記エアロック式構築チャンバと流れ連通して結合される、容器と、及び
前記容器を前記付加製造システムに輸送するよう構成された輸送装置であって、前記容器は前記不活性ガスを前記エアロック式構築チャンバ内に導くよう構成されている、輸送装置と、
を備える、移動式パージステーション。
【請求項９】
前記容器及び前記エアロック式構築チャンバと流れ連通して結合された圧縮機をさらに備える、請求項８に記載の移動式パージステーション。
【請求項１０】
前記圧縮機が前記不活性ガスを圧縮するよう構成されている、請求項９に記載の移動式パージステーション。
【請求項１１】
前記輸送装置がカートを備える、請求項８に記載の移動式パージステーション。
【請求項１２】
前記不活性ガスがアルゴンを含む、請求項８に記載の移動式パージステーション。
【請求項１３】
前記容器がガスボンベを備える、請求項８に記載の移動式パージステーション。
【請求項１４】
前記容器と前記エアロック式構築チャンバとに結合されたホースをさらに備える、請求項８に記載の移動式パージステーション。
【請求項１５】
レーザビームを発生させるよう構成されたレーザ装置と、
エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、
前記レーザ装置に対する位置を有する構築プレートであって、前記構築プレートは前記エアロック式構築チャンバ内に配置されている、構築プレートと、及び
前記構築プレートにわたって前記レーザビームを選択的に向けるよう構成された第１走査装置であって、前記レーザビームが前記構築プレート内に溶融プールを生成する、第１走査装置と、
移動式パージステーションであって、
不活性ガスを収容するよう構成された容器であって、前記容器は前記エアロック式構築チャンバと流れ連通して結合される容器、及び
前記容器を前記エアロック式構築チャンバに輸送するよう構成された輸送装置であって、前記容器は前記不活性ガスを前記エアロック式構築チャンバ内に導くよう構成されている輸送装置、
を備える、移動式パージステーションと、
を備える、付加製造システム。
【請求項１６】
少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュールと、
不活性ガスで前記少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュールをパージするよう構成された集中不活性ガスパージステーションと、及び
少なくとも１つの付加製造システムであって、前記少なくとも１つの付加製造システムは前記少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュール内に固体部品を構築するよう構成されている、少なくとも１つの付加製造システムと、
を備える、付加製造設備。
【請求項１７】
粉末材料を前記少なくとも１つの付加製造システムに移送するよう構成された中央粉末分配システムをさらに含む、請求項１６に記載の付加製造設備。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの付加製造システムが統合モジュールを含む、請求項１７に記載の付加製造設備。
【請求項１９】
前記統合モジュールが直接金属レーザ溶融システムを囲んでいる、請求項１８に記載の付加製造設備。
【請求項２０】
複数の移動式構築プラットフォームモジュールが構築プレートを備える、請求項１６に記載の付加製造設備。
【請求項２１】
前記不活性ガスがアルゴンを含む、請求項１６に記載の付加製造設備。
【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組み入れられる２０１７年１月３日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４４１，６６９号明細書に対する優先権を主張する。
【０００２】
本開示の分野は、一般に付加製造システムに関し、より詳細には、複数構築領域のための共有環境、移動式不活性ガスパージステーション、及び構築プラットフォームモジュール用の集中不活性ガスパージステーションを有する連続構築プロセスのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
少なくともいくつかの付加製造システムは、部品を製造するための粉末材料の蓄積を伴う。この方法は、高価な材料から複雑な部品を低コストで且つ製造効率を向上させて製造することができる。直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムなどの少なくともいくつかの既知の付加製造システムは、レーザ装置、構築プレート、及び、限定されないが、粉末金属などの粉末材料を使用して部品を製造する。レーザ装置は、レーザビームが粉末材料に入射する領域内及び領域の周囲で、構築プレート上で粉末材料を溶融するレーザビームを発生させ、その結果溶融プールが生じるいくつかの既知の部品は、部品の異なる部分に対して異なるレーザ温度及び異なる粉末材料を必要とし得る。そのため、いくつかの既知の部品は、その部品を完成させるために複数のＤＭＬＭシステムを必要とし得る。未完成の部品を第１ＤＭＬＭシステムから第２ＤＭＬＭシステムに移送することは、部品の構築時間を短縮することができる。しかしながら、部品を複数のＤＭＬＭシステムに移送し、ＤＭＬＭシステムを不活性ガスでパージすることは、部品を完成させるためのコスト及び時間を増加させる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、付加製造システムが提供される。付加製造システムは、上に配置された粉末金属材料を有する構築プレートを含んでいる。付加製造システムはまた、エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、コンベヤシステムと、複数の動作ステーションとを含んでいる。コンベヤシステムは、エアロック式構築チャンバ内に配置されている。コンベヤシステムは構築プレートを輸送するよう構成されている。複数の動作ステーションは、コンベヤシステムに隣接してエアロック式構築チャンバ内に配置されている。複数の動作ステーションの各動作ステーションは、構築プレート上に配置された粉末金属材料に対する少なくとも１つの付加製造動作の実行を容易にするよう構成されている。コンベヤシステムは、構築プレートを複数の動作ステーションのうちの第１動作ステーションから、複数の動作ステーションのうちの第２動作ステーションに移送するよう構成されている。
【０００５】
別の態様では、移動式パージステーションが提供される。移動式パージステーションは、付加製造システムと流れ連通して結合するよう構成されている。付加製造システムは、エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁を含んでいる。移動式パージステーションは、容器及び輸送装置を含んでいる。容器は不活性ガスを収容するよう構成されている。容器はエアロック式構築チャンバと流れ連通して結合されている。輸送装置は、容器を付加製造システムに輸送するよう構成されている。容器は、不活性ガスをエアロック式構築チャンバ内に導くよう構成されている。
【０００６】
さらに別の態様では、付加製造システムが提供される。付加製造システムは、レーザ装置と、エアロック式構築チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、構築プレートと、第１走査装置と、移動式パージステーションとを含んでいる。レーザ装置はレーザビームを発生させるよう構成されている。構築プレートはレーザ装置に対してある位置を有する。構築プレートはエアロック式構築チャンバ内に配置されている。第１走査装置は、構築プレートにわたってレーザビームを選択的に向けるよう構成されている。レーザビームは構築プレート内に溶融プールを生成する。移動式パージステーションは、容器及び輸送装置を含んでいる。容器は不活性ガスを収容するよう構成されている。容器はエアロック式構築チャンバと流れ連通して結合されている。輸送装置は、容器をエアロック式構築チャンバに輸送するよう構成されている。容器は、不活性ガスをエアロック式構築チャンバ内に導くよう構成されている。
【０００７】
さらなる態様では、付加製造設備が提供される。付加製造設備は、少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュールと、集中不活性ガスパージステーションと、少なくとも１つの付加製造システムとを含んでいる。集中不活性ガスパージステーションは、少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュールを不活性ガスでパージするよう構成されている。少なくとも１つの付加製造システムは、少なくとも１つの移動式構築プラットフォームモジュール内に固体部品を構築するよう構成されている。
【０００８】
本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、図面を通して同様の文字は同様の部品を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、直線構成の例示的な複数構築ステーション付加製造システムの概略図である。
【図２】図２は、円形構成の例示的な複数構築ステーション付加製造システムの概略図である。
【図３】図３は、位置合わせシステムを含む直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された例示的な動作ステーション又は付加製造システムの概略図である。
【図４】図４は、図３の付加製造システムの構築プレートの概略図である。
【図５】図５は、移動式パージステーションを含む直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された例示的な付加製造システムの概略図である。
【図６】図６は、集中不活性ガスパージステーションを備えた例示的な複数ユニット付加製造システムである。
【図７】図７は、移動式構築プレートモジュール及び位置合わせシステムを含む直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された例示的な付加製造システムの概略図である。
【図８】図８は、図７の付加製造システムの構築プレートの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特記しない限り、本明細書に提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を説明することを意図している。これらの特徴は、本開示の１又は複数の実施形態を含む多種多様なシステムに適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示された実施形態の実施に必要な当業者に既知のすべての従来の特徴を含むことを意味しない。
【００１１】
以下の明細書及び特許請求の範囲において、以下の意味を有するように定義されるべきいくつかの用語が参照されるであろう。
【００１２】
単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の言及を含んでいる。
【００１３】
「所望による（Ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「所望により（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて説明される事象又は状況が発生してもしなくてもよく、その説明にはその事象が発生した場合と発生しなかった場合が含まれることを意味する。
【００１４】
本明細書及び特許請求の範囲を通して本明細書で使用されるような近似表現は、それが関連する基本機能に変化をもたらすことなく許容可能に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「約」、「およそ」及び「実質的に」などの１又は複数の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの事例では、近似表現は値を測定するための計測器の精度に対応し得る。本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の制限は組み合わせ及び／又は交換することができ、文脈又は表現でそうでないことを示さない限り、そのような範囲は特定され、それに含まれるすべての部分範囲を含んでいる。
【００１５】
本明細書で使用されるとき、用語「プロセッサ」及び「コンピュータ」及び関連用語、例えば「処理装置」及び「計算装置」は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路だけに限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路及び他のプログラム可能な回路を広く指し、これらの用語は本明細書では互換的に使用される。本明細書に記載の実施形態では、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、及びフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができるが、それらに限定されない。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、及び／又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を使用することもできる。また、本明細書に記載の実施形態では、追加の入力チャネルは、マウス及びキーボードなどのオペレータインタフェースに関連するコンピュータ周辺機器であり得るが、それらに限定されない。あるいは、例えば、スキャナを含むがこれに限定されない他のコンピュータ周辺機器も使用することができる。さらに、例示的実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインタフェースモニタを含むことができるが、これに限定されない。
【００１６】
本明細書で使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール及びサブモジュール、又は任意の装置内の他のデータなどの短期及び長期の情報記憶のための任意の方法又は技術で実装される任意の有形コンピュータベースの装置を表すことを意図する。したがって、本明細書に記載の方法は、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むがこれらに限定されない、有形の非一時的コンピュータ可読媒体に組み込まれた実行可能な命令として符号化することができる。
そのような命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに本明細書に記載された方法の少なくとも一部を実行させる。さらに、本明細書で使用されるとき、用語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、非限定的に、非一時的コンピュータストレージ装置を含む、非限定的に、揮発性及び不揮発性媒体を含むすべての有形のコンピュータ可読媒体、並びにファームウェア、物理ストレージ及び仮想ストレージ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどのリムーバブル及び非リムーバブル媒体、並びにネットワーク又はインターネット及び未開発のデジタル手段などの任意の他のデジタルソースを含み、唯一の例外は一時的な伝搬信号である。
【００１７】
さらに、本明細書で使用されるとき、用語「リアルタイム」は、関連するイベントの発生時間、所定のデータの測定及び収集の時間、データを処理する時間、並びにイベント及び環境にシステムが応答する時間のうちの少なくとも１つを指す。本明細書に記載の実施形態では、これらの活動及びイベントは実質的に瞬間的に発生する。
【００１８】
本明細書に記載の複数構築ステーション付加製造システムの実施形態は、エアロック式チャンバ内で複数の構築領域を有する部品を構築する。複数構築領域付加製造システムは、エアロック式構築チャンバ、コンベヤシステム、複数の動作ステーション、エアロック式入力チャンバ、及びエアロック式出口チャンバを含んでいる。動作ステーションは、エアロック式構築チャンバ内のコンベヤシステムに隣接して配置されている。構築プラットフォームがエアロック式入力チャンバに入り、エアロック式入力チャンバ内の大気が不活性ガスでパージされる。次に、構築プラットフォームはエアロック式構築チャンバに入り、コンベヤシステム上に配置される。コンベヤシステムは、構築プラットフォームを構築プラットフォームから動作ステーションへ輸送する。各動作ステーションは、構築プラットフォームで構築粉末に関するタスクを実行する。動作ステーションが構築プラットフォーム上の部品を完成すると、構築プラットフォームは、エアロック式出口チャンバを通ってエアロック式構築チャンバを出る。単一のエアロック式構築チャンバ内に複数の構築ステーションを有する部品を構築すると、構築時間及びコストが削減される。
【００１９】
さらに、本明細書に記載の移動式パージステーションの実施形態は、複数の直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムのエアロック式構築チャンバをパージする。移動式パージステーションは容器及び圧縮機を含んでいる。動作中、圧縮機は不活性ガスを、密封されたエアロック式構築チャンバに導く。不活性ガスは、エアロック式構築チャンバ内の大気酸素に取って代わる。移動式パージユニットが第１ＤＭＬＭシステムをパージした後、移動式パージユニットは、第１ＤＭＬＭシステムが部品を構成している間に他のＤＭＬＭシステムをパージすることができる。移動式パージステーションは、各ＤＭＬＭシステム上の専用のパージステーションを排除することによって、ＤＭＬＭシステムのコストを削減する。加えて、移動式パージステーションは、より小さく強力でない専用のパージステーションよりも速くエアロック式構築チャンバをパージすることができるより大きくより強力な圧縮機を有することができる。このように、移動式パージステーションは部品の構築時間を短縮する。
【００２０】
加えて、本明細書に記載の構築プラットフォームモジュール用の集中不活性ガスパージステーションは、複数の直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの移動式構築プラットフォームモジュールをパージする。ＤＭＬＭシステムは、封じ込められたガス環境を有する２つのチャンバ、移動式構築プラットフォームモジュール及び統合モジュールに分けられる。統合モジュールは、レーザスキャナ及び粉末分配ユニットを含んでいる。統合モジュールは、プロセス全体を通して不活性環境を維持する。動作中に、構築プレートが移動式構築プラットフォームモジュールにロードされる。集中不活性ガスパージステーションは、移動式構築プラットフォームモジュールを不活性ガスでパージする。移動式構築プラットフォームモジュールは統合モジュールに結合され、粉末分配ユニットは移動式構築プラットフォームモジュール内の構築プレートに粉末を分配する。レーザスキャナは移動式構築プラットフォームモジュール内の部品を構築し、移動式構築プラットフォームモジュールは統合モジュールから分離される。集中不活性ガスパージステーションは、各ＤＭＬＭシステム上の専用のパージステーションを排除することによって、ＤＭＬＭシステムのコストを削減する。加えて、集中不活性ガスパージステーションは、より小さく強力でない専用のパージステーションよりも速く移動式構築プラットフォームモジュールをパージすることができるより大きくより強力な圧縮機を有することができる。したがって、本明細書に記載の集中不活性ガスパージステーションは、部品の構築時間を短縮する。
【００２１】
図１は、直線構成の例示的な複数構築ステーション付加製造システム又は製造システム１００の概略図である。製造システム１００は、エアロック式構築チャンバ１０２、エアロック式入力チャンバ１０４、エアロック式出口チャンバ１０６、コンベヤシステム１０８、及び複数の動作ステーション１１０を含んでいる。動作ステーション１１０は、エアロック式構築チャンバ１０２内のコンベヤシステム１０８に隣接して配置されている。エアロック式入力チャンバ１０４はエアロック式構築チャンバ１０２の第１端部１１２に配置され、エアロック式出口チャンバ１０６はエアロック式構築チャンバ１０２の第２端部１１４に配置されている。
【００２２】
エアロック式入力チャンバ１０４は、入力チャンバ入口１１６及び入力チャンバ出口１１８を含んでいる。エアロック式構築チャンバ１０２は構築チャンバ入口１２０及び構築チャンバ出口１２２を含んでいる。エアロック式出口チャンバ１０６は、出口チャンバ入口１２４及び出口チャンバ出口１２６を含んでいる。入力チャンバ入口１１６、入力チャンバ出口１１８、構築チャンバ入口１２０、構築チャンバ出口１２２、出口チャンバ入口１２４、及び出口チャンバ出口１２６はすべて、エアロック式入力チャンバ１０４、エアロック式構築チャンバ１０２、及びエアロック式出口チャンバ１０６に出入りする材料の移送を可能にするドアを含んでいる。例示的実施形態では、入力チャンバ出口１１８と構築チャンバ入口１２０は同じ入口と出口である。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、入力チャンバ出口１１８と構築チャンバ入口１２０は異なる入口と出口であってもよい。同様に、例示的実施形態では、構築チャンバ出口１２２と出口チャンバ入口１２４は同じ入口と出口である。しかしながら、他の実施形態（図示せず）では、構築チャンバ出口１２２と出口チャンバ入口１２４は異なる入口と出口であってもよい。
【００２３】
エアロック式入力チャンバ、構築チャンバ及び出口チャンバ１０２、１０４、１０６は、エアロック式入力チャンバ、構築チャンバ及び出口チャンバ１０２、１０４、１０６内の大気を不活性ガスでパージするよう構成されている。例示的実施形態では、エアロック式入力チャンバ、構築チャンバ及び出口チャンバ１０２、１０４、１０６はアルゴンでパージされる。しかしながら、エアロック式入力チャンバ、構築チャンバ及び出口チャンバ１０２、１０４、１０６は、製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の不活性ガスでパージされてもよい。
【００２４】
例示的実施形態では、コンベヤシステム１０８は、材料を動作ステーション１１０から動作ステーション１１０に移送するよう構成されたコンベヤベルトを含んでいる。コンベヤシステム１０８は、コンベヤベルトシステムを含むことに限定されない。むしろ、コンベヤシステム１０８は、製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の搬送機構を含み得る。
【００２５】
例示的実施形態では、動作ステーション１１０は付加製造システム３１０を含む（図３参照）。動作ステーション１１０は、限定されないが、粉末散布、レーザ溶融（輪郭、ハッチ、追加処理）、検査、粉末除去、熱処理、又は機械加工を含む、製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の動作を含み得る。製造システム１００は、製造システム１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の順序で列挙された動作を実行することができる。
【００２６】
動作中、エアロック式構築チャンバ１０２はアルゴンでパージされる。入力チャンバ入口１１６が開かれ、粉末構築材料（図示せず）を有する構築プレート１２８がエアロック式入力チャンバ１０４に移送される。エアロック式入力チャンバ１０４はアルゴンでパージされる。入力チャンバ出口１１８及び構築チャンバ入口１２０が開かれ、構築プレート１２８がエアロック式構築チャンバ１０２内及びコンベヤシステム１０８上に移送される。コンベヤシステム１０８は、エアロック式構築チャンバ１０２の第１端部１１２からエアロック式構築チャンバ１０２の第２端部１１４への方向１３０に、構築プレート１２８を動作ステーション１１０から動作ステーション１１０に移送する。コンベヤシステム１０８が構築プレート１２８を最後の動作ステーション１１０に移送した後、構築チャンバ出口１２２及び出口チャンバ入口１２４が開かれ、構築プレート１２８はエアロック式出口チャンバ１０６に移送される。次に出口チャンバ入口１２４は閉じられる。最後に、出口チャンバ出口１２６が開かれ、構築プレート１２８がエアロック式出口チャンバ１０６から移送される。
【００２７】
図２は、円形構成の別の例示的な複数構築ステーション付加製造システム又は製造システム２００の概略図である。製造システム２００は、製造システム１００と全く同じ部品を含んでいるが、製造システム２００がエアロック式構築チャンバ１０２ではなく円形エアロック式構築チャンバ２０２とコンベヤシステム１０８ではなく円形コンベヤシステム２０８とを含んでいることを除く。動作中、構築プレート１２８は、方向１３０などの直線方向ではなく周方向２３０に異なる動作ステーション１１０に移送される。
【００２８】
図３は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された例示的な動作ステーション又は付加製造システム３１０の概略図である。本開示の実施形態はＤＭＬＭシステムを参照して説明されているが、本開示は選択的レーザ焼結システムなどの他の種類の付加製造システムにも適用することができる。
【００２９】
例示的実施形態では、ＤＭＬＭシステム３１０は、構築プレート３１２、レーザビーム３１６を発生させるよう構成されたレーザ装置３１４、構築プレート３１２にわたってレーザビーム３１６を選択的に向けるよう構成された第１走査装置３１８、レーザビーム３１６によって生成された溶融プール３２２を監視するための光学システム３２０、及び位置合わせシステム３２３を含んでいる。例示的なＤＭＬＭシステム３１０はまた、本明細書でより詳細に説明するように、計算装置３２４と、ＤＭＬＭシステム３１０の１又は複数の部品を制御するよう構成されたコントローラ３２６とを含んでいる。
【００３０】
構築プレート３１２は、付加製造プロセス中に溶融され且つ再固化される粉末構築材料を含み、固体部品３２８を構築する。粉末構築材料は、これらに限定されないが、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル、及びそれらの組み合わせのガス噴霧された合金を含む、そのような部品を形成するのに適した材料を含んでいる。他の実施形態では、粉末構築材料は、任意の適切な種類の粉末金属材料を含み得る。さらに他の実施形態では、粉末構築材料は、例えば、これらに限定されないが、セラミック粉末、金属被覆セラミック粉末、及び熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む、ＤＭＬＭシステム３１０が説明したように機能することを可能にする任意の適切な構築材料を含み得る。
【００３１】
レーザ装置３１４は、構築プレート３１２の構築材料を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギーのレーザビーム３１６を発生させるよう構成されている。例示的実施形態では、レーザ装置３１４は、約１０７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有するレーザビームを放射するよう構成されたイットリウムベースの固体レーザである。別の実施形態では、レーザ装置３１４はファイバレーザを含むマルチレーザダイオードアレイである。他の実施形態では、レーザ装置３１４は、ＣＣレーザなど、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切なタイプのレーザを含み得る。さらに、ＤＭＬＭシステム３１０は単一のレーザ装置３１４を含むものとして図示及び説明されているが、ＤＭＬＭシステム３１０は２つ以上のレーザ装置を含むことができる。一実施形態では、例えば、ＤＭＬＭシステム３１０は、第１パワーを有する第１レーザ装置、第１レーザパワーとは異なる第２パワーを有する第２レーザ装置、又は実質的に同じパワー出力を有する少なくとも２つのレーザ装置を含み得る。さらに他の実施形態では、ＤＭＬＭシステム３１０は、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にするレーザ装置の任意の組み合わせを含み得る。
【００３２】
図３に示すように、レーザ装置３１４は、レーザビーム３１６を構築プレート３１２上に集束させるのを容易にする光学素子３３０及び３３２に光学的に結合されている。例示的実施形態では、光学素子３３０及び３３２は、レーザ装置３１４と第１走査装置３１８との間に配置されたビームコリメータ３３０と、第１走査装置３１８と構築プレート３１２との間に配置されたＦθレンズ３３２とを含んでいる。他の実施形態では、ＤＭＬＭシステム３１０は、構築プレート３１２上にコリメート及び／又は集束レーザビームを提供する任意の適切な種類及び配置の光学素子を含み得る。
【００３３】
第１走査装置３１８は、構築プレート３１２の選択部分にわたってレーザビーム３１６を向けて固体部品３２８を作るよう構成されている。例示的実施形態では、第１走査装置３１８は、検流計制御モータ３３６（広義にはアクチュエータ）に動作可能に結合されたミラー３４を含む検流計走査装置である。モータ３３６は、コントローラ３２６から受信した信号に応答してミラー３３４を移動（具体的には回転）させ、それによってレーザビーム３１６を構築プレート３１２の選択部分にわたって偏向させるよう構成されている。ミラー３３４は、ミラー３３４がレーザビーム３１６を構築プレート３１２に向けて偏向させることを可能にする任意の適切な構成を有し得る。いくつかの実施形態において、ミラー３３４は、レーザビーム３１６の波長に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含み得る。
【００３４】
第１走査装置３１８は単一のミラー３３４及び単一のモータ３３６と共に示されているが、第１走査装置３１８は、第１走査装置３１８が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数のミラー及びモータを含み得る。一実施形態では、例えば、第１走査装置３１８は、２つのミラー及び２つの検流計制御モータを含み、それぞれがミラーの１つに動作可能に結合されている。さらに他の実施形態では、第１走査装置３１８は、例えば２次元（２Ｄ）走査検流計、３次元（３Ｄ）走査検流計及び動的集束検流計など、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な走査装置を含み得る。
【００３５】
光学システム３２０は、溶融プール３２２によって生成された電磁放射を検出し、溶融プール３２２に関する情報を計算装置３２４に送信するよう構成されている。例示的実施形態では、光学システム３２０は、溶融プール３２２によって生成された電磁放射３４０（「ＥＭ放射」とも呼ばれる）を検出するよう構成された第１光学検出器３３８と、第１光学検出器３３８にＥＭ放射３４０を向けるよう構成された第２走査装置３４２とを含んでいる。より具体的には、第１光学検出器３３８は、溶融プール３２２によって生成されたＥＭ放射３４０を受け取り、それに応答して電気信号３４４を生成するよう構成されている。第１光学検出器３３８は、計算装置３２４に通信可能に結合されており、電気信号３４４を計算装置３２４に送信するよう構成されている。
【００３６】
第１光学検出器３３８は、例えば、限定されないが、光電子増倍管、フォトダイオード、赤外線カメラ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、ＣＭＯＳカメラ、高温計又は高速可視光カメラを含む、光学システム３２０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切な光学検出器を含むことができる。光学システム３２０は単一の第１光学検出器３３８を含むものとして図示及び説明されているが、光学システム３２０は、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数及び種類の光学検出器を含み得る。一実施形態では、例えば、光学システム３２０は、赤外スペクトル内のＥＭ放射を検出するよう構成された第１光学検出器と、可視光スペクトル内のＥＭ放射を検出するよう構成された第２光学検出器とを含んでいる。２つ以上の光学検出器を含む実施形態では、光学システム３２０は、溶融プール３２２からのＥＭ放射３４０を分割して対応する光学検出器に偏向するよう構成されたビームスプリッタ（図示せず）を含むことができる。
【００３７】
光学システム３２０は溶融プール３２２によって生成されたＥＭ放射３４０用の「光学」検出器を含むものとして説明されているが、「光学」という用語の使用は「可視」という用語と同義ではないことに留意されたい。むしろ、光学システム３２０は、広いスペクトル範囲のＥＭ放射を捕捉するよう構成され得る。例えば、第１光学検出器３３８は、紫外スペクトル（約２００〜４００ｎｍ）、可視光スペクトル（約４００〜７００ｎｍ）、近赤外スペクトル（約７００〜１，２００ｎｍ）及び赤外スペクトル（約１，２００〜１０，０００ｎｍ）の波長を有する光に敏感であり得る。さらに、溶融プール３２２によって放出されるＥＭ放射の種類は溶融プール３２２の温度に依存するので、光学システム３２０は溶融プール３２２の大きさ及び温度の両方を監視し測定することができる。
【００３８】
第２走査装置３４２は、溶融プール３２２によって生成されたＥＭ放射３４０を第１光学検出器３３８に向けるよう構成されている。例示的実施形態では、第２走査装置３４２は、第１検流計制御モータ３４８（概してアクチュエータ）に動作可能に結合された第１ミラー３４６と、第２検流計制御モータ３５２（概して、アクチュエータ）に動作可能に結合された第２ミラー３５０とを含む検流計走査装置である。第１モータ３４８及び第２モータ３５２は、コントローラ３２６から受信した信号に応答して、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０をそれぞれ移動（具体的には回転）させて、ＥＭ放射３４０を溶融プール３２２から第１光学検出器３３８に偏向するよう構成されている。第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０は、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０が溶融プール３２２によって生成されたＥＭ放射３４０を偏向させることを可能にする任意の適切な構成を有することができる。いくつかの実施形態では、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０の一方又は両方は、第１光学検出器３３８が検出するよう構成されているＥＭ放射に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含んでいる。
【００３９】
第２走査装置３４２は、２つのミラーと２つのモータを含むように図示及び説明されているが、第２走査装置３４２は、光学システム３２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数のミラーとモータを含み得る。さらに、第２走査装置３４２は、例えば２次元（２Ｄ）走査検流計、３次元（３Ｄ）走査検流計及び動的集束検流計など、光学システム３２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な走査装置を含み得る。
【００４０】
構築プレート３１２は、複数のＤＭＬＭシステム３１０と共に動作するよう構成されている。例示的実施形態では、第１ＤＭＬＭシステム３１０が固体部品３２８の第１部分を製造し、第２ＤＭＬＭシステム３１０が固体部品３２８の第２部分を製造する。構築プレート３１２は、構築プレート３１２上の固体部品３２８と共に第１ＤＭＬＭシステム３１０から第２ＤＭＬＭシステム３１０に移動される。構築プレート３１２は、第２ＤＭＬＭシステム３１０と位置合わせされなければならない。
【００４１】
位置合わせシステム３２３は、構築プレート３１２をＤＭＬＭシステム３１０と位置合わせするよう構成されている。位置合わせシステム３２３は、第２光学検出器３５４及び基準マーク投影機３５６を含んでいる。基準マーク投影機３５６は、複数の基準マーク３５８を構築プレート３１２上に投影する。例示的実施形態では、基準マーク投影機３５６は３つの基準マーク３５８を投影する。しかし、基準マーク投影機３５６は、位置合わせシステム３２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数の基準マーク３５８を投影することができる。各基準マーク３５８は、基準マーク投影機３５６によって構築プレート３１２上に投影された形状を含んでいる。基準マーク投影機３５６は、基準マーク３５８を構築プレート３１２上に投影する複数のレーザ（図示せず）を含んでいる。
【００４２】
図４は、ＤＭＬＭシステム３１０の構築プレート３１２の概略図である。例示的実施形態では、構築プレート３１２は長方形の形状を有する。他の実施形態では、構築プレート３１２は、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切なサイズ及び形状を有し得る。基準マーク３５８が構築プレート３１２上に投影される。例示的実施形態では、基準マーク３５８は十字形を有する。他の実施形態では、基準マーク３５８の形状は、円形、三角形、又は位置合わせシステム３２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の形状を含み得る。
さらに、基準マーク３５８は、格子パターン、ドットパターン、市松模様パターン、又は位置合わせシステム３２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の他のパターンを含むことができる。基準マーク３５８は構築プレート３１２に沿って移動可能である。より具体的には、基準マーク３５８の位置は、基準マーク投影機３５６を使用して調整することができる。さらに、基準マーク投影機３５６のサイズ及び形状は、基準マーク投影機３５６を使用して調整することができる。
【００４３】
図３に示すように、第２光学検出器３５４は、構築プレート３１２上の基準マーク３５８の位置を検出し、それに応じて電気信号３６２を発生させるよう構成されている。第２光学検出器３５４は、第１走査装置３１８を介して構築プレート３１２上の基準マーク３５８の位置を検出する一方で、基準マーク投影機３５６は第１走査装置３１８を介して基準マーク３５８を投影しない。第２光学検出器３５４はレーザビーム３１６と位置合わせされている。したがって、第２光学検出器３５４は、ＤＭＬＭシステム３１０に対する構築プレート３１２の位置を検出する。第２光学検出器３５４は、計算装置３２４に通信可能に結合されており、電気信号３６２を計算装置３２４に送信するよう構成されている。計算装置３２４は、ＤＭＬＭシステム３１０内の構築プレート３１２の位置合わせ、第１走査装置３１８の位置合わせ、及びミラー３３４の位置合わせを制御するコントローラ３２６への制御信号３６０を発生させる。コントローラ３２６は、構築プレート３１２、第１走査装置３１８、及びミラー３３４の位置を変えることによって、基準マーク３５８の位置に応じて構築プレートを位置合わせさせる。したがって、構築プレート３１２は、異なるＤＭＬＭシステム３１０に移動され、その中で位置合わせすることができる。
【００４４】
例示的実施形態では、第２光学検出器３５４は、第２光学検出器３５４がレーザ装置３１４に対して基準マーク３５８を観察するように、レーザ装置３１４に結合されている。さらに、基準マーク投影機３５６は、基準マーク３５８が同じ位置で構築プレート３１２上に投影されるように、構築プレート３１２上に結合されている。別の実施形態では、第２光学検出器３５４は、第２光学検出器３５４が構築プレート３１２に対して基準マーク３５８を観察するように、構築プレート３１２に結合されている。さらに、基準マーク投影機３５６は、基準マーク３５８がレーザ装置３１４に対して同じ位置で構築プレート３１２上に投影されるように、レーザ装置３１４に結合されている。
【００４５】
計算装置３２４は、ＤＭＬＭシステム３１０を動作させるために実行可能な命令を実行する少なくとも１つのプロセッサ（図１には示さず）を含むコンピュータシステムであり得る。計算装置３２４は、例えば、ＤＭＬＭシステム３１０の較正モデルと、部品３２８などの部品に関連付けられた電子コンピュータ構築ファイルとを含み得る。較正モデルは、限定されないが、ＤＭＬＭシステム３１０の所与の組の動作条件下（例えば、レーザ装置３１４の出力）での予想又は所望の溶融プールサイズ及び温度を含むことができる。構築ファイルは、ＤＭＬＭシステム３１０の１又は複数の部品を制御するために使用される構築パラメータを含み得る。構築パラメータは、レーザ装置３１４の出力、第１走査装置３１８の走査速度、第１走査装置３１８（具体的にはミラー３３４）の位置及び向き、第２走査装置３４２の走査速度、並びに第２走査装置３４２（具体的には、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０）の位置及び向きを含んでもよいが、これらに限定されない。例示的実施形態では、計算装置３２４とコントローラ３２６は別個の装置として示されている。他の実施形態では、計算装置３２４及びコントローラ３２６は、それぞれが本明細書で記載されているように計算装置３２４とコントローラ３２６の両方として動作する単一の装置として組み合わせることができる。
【００４６】
例示的実施形態では、計算装置３２４はまた、部品３２８の製造中に少なくとも部分的にデータ取得装置として動作し、ＤＭＬＭシステム３１０の動作を監視するよう構成されている。一実施形態では、例えば、計算装置３２４は、第１光学検出器３３８から電気信号３４４を受信し処理する。計算装置３２４は、電気信号３４４に基づいて溶融プール３２２に関連する情報を記憶してもよく、情報はＤＭＬＭシステム３１０に対する又はＤＭＬＭシステム３１０によって構築された特定の部品に対する構築プロセスの制御及び改良を容易にするために使用されてもよい。
【００４７】
さらに、計算装置３２４は、第１光学検出器３３８から受信した電気信号３４４に基づいて、リアルタイムで１又は複数の構築パラメータを調整するように構成することができる。例えば、ＤＭＬＭシステム３１０が部品３２８を構築するとき、計算装置３２４は、データ処理アルゴリズムを使用して第１光学検出器３３８からの電気信号３４４を処理して、溶融プール３２２のサイズ及び温度を決定する。計算装置３２４は、較正モデルに基づいて、溶融プール３２２の大きさ及び温度を、予想される又は所望の溶融プールの大きさ及び温度と比較することができる。計算装置３２４は、コントローラ３２６にフィードバックされ、且つリアルタイムで１又は複数の構築パラメータを調整するために使用される制御信号３６０を発生させることができ、溶融プール３２２内の不一致を修正することができる。例えば、計算装置３２４が溶融プール３２２内の不一致を検出した場合、計算装置３２４及び／又はコントローラ３２６は、そのような不一致を修正するために構築プロセス中にレーザ装置３１４の出力を調整することができる。
【００４８】
コントローラ３２６は、ＤＭＬＭシステム３１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な種類のコントローラを含み得る。一実施形態では、例えば、コントローラ３２６は、人間のオペレータからの命令に少なくとも部分的に基づいてＤＭＬＭシステム３１０の動作を制御するための実行可能な命令を実行する少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリ装置とを含むコンピュータシステムである。コントローラ３２６は、例えば、ＤＭＬＭシステム３１０によって製造される部品３２８の３Ｄモデルを含み得る。コントローラ３２６によって実行される実行可能な命令は、レーザ装置３１４のパワー出力を制御することと、第１走査装置３１８の位置及び走査速度を制御することと、第２走査装置３４２の位置及び走査速度を制御することとを含み得る。
【００４９】
コントローラ３２６は、例えば計算装置３２４内に記憶された構築ファイルに関連付けられた構築パラメータに基づいて、ＤＭＬＭシステム３１０の１又は複数の部品を制御するよう構成されている。例示的実施形態では、コントローラ３２６は、ＤＭＬＭシステム３１０を用いて製造される部品に関連付けられた構築ファイルに基づいて、第１走査装置３１８を制御するよう構成されている。より具体的には、コントローラ３２６は、部品３２８に関連付けられた構築ファイルによって画定された所定の経路に基づいて、モータ３３６を使用してミラー３３４の位置、移動及び走査速度を制御するよう構成されている。
【００５０】
例示的実施形態では、コントローラ３２６はまた、溶融プール３２２からのＥＭ放射３４０を第１光学検出器３３８に向けるように第２走査装置３４２を制御するよう構成されている。コントローラ３２６は、第１走査装置３１８のミラー３３４の位置及び溶融プール３２２の位置の少なくとも１つに基づいて、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０の位置、移動及び走査速度を制御するよう構成されている。一実施形態では、例えば、構築プロセス中の所与の時点でのミラー３３４の位置は、ミラー３３４の位置を制御するために使用される構築ファイルの所定の経路に基づいて、計算装置３２４及び／又はコントローラ３２６を使用して決定される。コントローラ３２６は、決定されたミラー３３４の位置に基づいて、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０の位置、移動及び走査速度を制御する。別の実施形態では、第１走査装置３１８は、例えば、ミラー３３４位置に対応する位置信号をコントローラ３２６及び／又は計算装置３２４に出力することによって、ミラー３３４の位置をコントローラ３２６及び／又は計算装置３２４に伝達するよう構成され得る。さらに別の実施形態では、コントローラ３２６は、溶融プール３２２の位置に基づいて、第１ミラー３４６及び第２ミラー３５０の位置、移動及び走査速度を制御する。構築プロセス中の所与の時点での溶融プール３２２の位置は、例えばミラー３３４の位置に基づいて決定することができる。
【００５１】
コントローラ３２６はまた、レーザ装置３１４を含むがこれに限定されない、ＤＭＬＭシステム３１０の他の部品を制御するよう構成されてもよい。一実施形態では、例えば、コントローラ３２６は、構築ファイルに関連する構築パラメータに基づいてレーザ装置３１４のパワー出力を制御する。
【００５２】
図５は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された移動式パージステーション５０６を有する例示的な付加製造システム５１０の概略図である。本開示の実施形態はＤＭＬＭシステムを参照して説明されているが、本開示は選択的レーザ焼結システムなどの他の種類の付加製造システムにも適用することができる。他に指示がない限り、ＤＭＬＭシステム５１０の部品は、ＤＭＬＭシステム３１０の部品（図３に示す）と実質的に同様である。
【００５３】
例示的実施形態では、ＤＭＬＭシステム５１０は、構築プレート５１２、レーザビーム５１６を発生させるよう構成されたレーザ装置５１４、構築プレート５１２にわたってレーザビーム５１６を選択的に向けるよう構成された第１走査装置５１８、レーザビーム５１６によって生成された溶融プール（図示せず）を監視するための光学システム５２０及び移動式パージステーション５０６を含んでいる。例示的なＤＭＬＭシステム５１０はまた、本明細書でより詳細に説明するように、計算装置５２４と、ＤＭＬＭシステム５１０の１又は複数の部品を制御するよう構成されたコントローラ５２６とを含んでいる。
【００５４】
エアロック式構築チャンバ５０２がＤＭＬＭシステム５１０を囲んでいる。エアロック式構築チャンバ５０２は、エアロック式構築チャンバ５０２内の大気を不活性ガスでパージするよう構成されている。例示的実施形態では、不活性ガスはアルゴンである。しかしながら、エアロック式構築チャンバ５０２は、ＤＭＬＭシステム５１０が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の不活性ガスでパージされてもよい。エアロック式構築チャンバ５０２は、不活性ガスをエアロック式構築チャンバ５０２内に導くよう構成されたコネクタ５０４を含んでいる。
【００５５】
例示的実施形態では、移動式パージステーション５０６は、エアロック式構築チャンバ５０２を不活性ガスでパージする。移動式パージステーション５０６は容器５０８及び圧縮機５１１を含んでいる。容器５０８は、第１ホース５１３によって圧縮機５１１と流れ連通して結合されている。圧縮機５１１は、第２ホース５１５によってコネクタ５０４と流れ連通して結合されている。移動式パージステーション５０６は、圧縮機５１１及び容器５０８を異なるＤＭＬＭシステム５１０に輸送するよう構成された輸送装置５１７をさらに含んでいる。例示的実施形態では、輸送装置５１７は、複数の車輪５１９を有するカート５１６を含んでいる。しかしながら、輸送装置５１７は、ＤＭＬＭシステム５１０が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の輸送方法を含み得る。例示的実施形態では、容器５０８はアルゴンガスボンベを含んでいる。しかしながら、容器５０８は、ＤＭＬＭシステム５１０が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の不活性ガス源を含み得る。
【００５６】
別の実施形態では、移動式パージステーション５０６は圧縮機５１１を含まない。むしろ、容器５０８内の不活性ガスの圧力は、エアロック式構築チャンバ５０２をパージするのに十分である。エアロック式構築チャンバ５０２をパージするために圧縮機５１１を使用すると、エアロック式構築チャンバ５０２のパージ時間が短縮され、固体部品５２８の構築時間が短縮される。
【００５７】
動作中、構築プレート５１２はエアロック式構築チャンバ５０２内に配置され、エアロック式構築チャンバ５０２は密閉される。移動式パージステーション５０６はＤＭＬＭシステム５１０に輸送される。第１ホース５１３は容器５０８と圧縮機５１１に接続されている。第２ホース５１５は、コネクタ５０４と圧縮機５１１に接続されている。第１ホース５１３は容器５０８からの不活性ガスを圧縮機５１１に導く。圧縮機５１１は容器５０８からの不活性ガスを圧縮する。第２ホース５１５は、圧縮された不活性ガスを、圧縮機５１１からコネクタ５０４に導き、コネクタは、圧縮された不活性ガスをエアロック式構築チャンバ５０２に導く。
【００５８】
図６は、集中不活性ガスパージステーション６０２を有する例示的な複数ユニット付加製造システム６００の概略図である。複数ユニット付加製造システム６００は、集中不活性ガスパージステーション６０２と、複数の付加製造システム６１０と、中央粉末分配システム６０４とを含んでいる。集中不活性ガスパージステーション６０２は、不活性ガスで移動式構築プラットフォームモジュール６０６をパージするよう構成されている。付加製造システム６１０は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６内に固体部品６２８を構築するよう構成された統合モジュール６０８を含んでいる。移動式構築プラットフォームモジュール６０６は統合モジュール６０８と接続するよう構成されている。中央粉末分配システム６０４は、粉末構築材料（図７参照）を統合モジュール６０８に移送するよう構成されており、統合モジュールは、粉末構築材料を移動式構築プラットフォームモジュール６０６に移送するよう構成されている。
【００５９】
移動式構築プラットフォームモジュール６０６は構築プレート６１２を囲んでいる。例示的実施形態では、移動式構築プラットフォーム６０６は透明ボックスを含んでいる。しかしながら、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は、複数ユニット付加製造システム６００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の形状を含み得る。移動式構築プラットフォームモジュール６０６は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６内の大気を不活性ガスでパージするよう構成されている。例示的実施形態では、不活性ガスはアルゴンである。しかしながら、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は、複数ユニット付加製造システム６００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の不活性ガスでパージされてもよい。移動式構築プラットフォームモジュール６０６は、不活性ガスを移動式構築プラットフォームモジュール６０６内に導くよう構成されたコネクタ６１４を含んでいる。
【００６０】
例示的実施形態では、集中不活性ガスパージステーション６０２は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６を不活性ガスでパージする。集中不活性ガスパージステーション６０２は、不活性ガス源６１６及び圧縮機６１８を含んでいる。不活性ガス源６１６は、第１ホース６２０によって圧縮機６１８と流れ連通して結合されている。圧縮機６１８は、第２ホース６２２によってコネクタ６１４と流れ連通して結合されている。例示的実施形態では、不活性ガス源６１６はアルゴンガスボンベを含んでいる。しかしながら、不活性ガス源６１６は、複数ユニット付加製造システム６００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の不活性ガス源を含み得る。
【００６１】
別の実施形態では、集中不活性ガスパージステーション６０２は圧縮機６１８を含まない。むしろ、不活性ガス源６１６内の不活性ガスの圧力は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６をパージするのに十分である。移動式構築プラットフォームモジュール６０６をパージするために圧縮機６１８を使用すると、
移動式構築プラットフォームモジュール６０６のパージ時間が短縮され、固体部品７２８の構築時間が短縮される（図７参照）。
【００６２】
動作中、構築プレート６１２は移動式構築プラットフォームモジュール６０６内に配置され、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は密閉される。移動式構築プラットフォームモジュール６０６は集中不活性ガスパージステーション６０２に輸送される。第１ホース６２０は、不活性ガス源６１６と圧縮機６１８に接続されている。第２ホース６２２は、コネクタ６１４と圧縮機６１８に接続されている。第１ホース６２０は、不活性ガス源６１６からの不活性ガスを圧縮機６１８へ導く。圧縮機６１８は、不活性ガス源１６からの不活性ガスを圧縮する。第２ホース６２２は、圧縮された不活性ガスを、圧縮機６１８からコネクタ６１４に導き、コネクタ６１４は、圧縮された不活性ガスを移動式構築プラットフォームモジュール６０６に導く。
【００６３】
集中不活性ガスパージステーション６０２が移動式構築プラットフォームモジュール６０６を不活性ガスでパージした後、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は矢印６２４で示すように付加製造システム６１０に移送される。その後、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は統合モジュール６０８に結合される。中央粉末分配システム６０４は、矢印６２６で示されるように粉末構築材料を統合モジュール６０８に移送する。次に統合モジュール６０８は、粉末構築材料を移動式構築プラットフォームモジュール６０６内の構築プレート６１２に移送する。次に、付加製造システム６１０は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６内に固体部品７２８を構築する。最後に、移動式構築プラットフォームモジュール６０６は付加製造システム６１０から分離される。
【００６４】
図７は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの形態で示された位置合わせシステム７２３の別の実施形態での例示的な付加製造システム７１０の概略図である。本開示の実施形態はＤＭＬＭシステムを参照して説明されているが、本開示は選択的レーザ焼結システムなどの他の種類の付加製造システムにも適用することができる。
【００６５】
例示的実施形態では、ＤＭＬＭシステム７１０は、構築プレート７１２、レーザビーム７１６を発生させるよう構成されたレーザ装置７１４、構築プレート７１２にわたってレーザビーム７１６を選択的に向けるよう構成された第１走査装置７１８、レーザビーム７１６によって生成された溶融プール７２２を監視するための光学システム７２０、及び位置合わせシステム７２３を含んでいる。例示的なＤＭＬＭシステム７１０はまた、本明細書でより詳細に説明するように、計算装置７２４と、ＤＭＬＭシステム７１０の１又は複数の部品を制御するよう構成されたコントローラ７２６とを含んでいる。
【００６６】
例示的実施形態では、ＤＭＬＭシステム７１０は、移動式構築プラットフォームモジュール６０６内に収容される構築プレート７１２を除いて統合モジュール６０８内に収容される。統合モジュール６０８は不活性ガスでパージされた。統合モジュール６０８は、付加製造プロセス全体を通して不活性環境を維持する。ＤＭＬＭシステム７１０は、矢印７２９で示すように、中央粉末分配システム６０４から粉末構築材料を受け取り、粉末構築材料を構築プレート７１２に分配するよう構成された粉末分配ユニット７２７を含んでいる。
【００６７】
構築プレート７１２は、付加製造プロセス中に溶融され且つ再固化される粉末構築材料を受け取り、固体部品７２８を構築する。粉末構築材料は、これらに限定されないが、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル、及びそれらの組み合わせのガス噴霧された合金を含む、そのような部品を形成するのに適した材料を含んでいる。他の実施形態では、粉末構築材料は、任意の適切な種類の粉末金属材料を含み得る。さらに他の実施形態では、粉末構築材料は、例えば、これらに限定されないが、セラミック粉末、金属被覆セラミック粉末、及び熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む、ＤＭＬＭシステム７１０が説明したように機能することを可能にする任意の適切な構築材料を含み得る。
【００６８】
レーザ装置７１４は、構築プレート７１２の構築材料を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギーのレーザビーム７１６を発生させるよう構成されている。例示的実施形態では、レーザ装置７１４は、約１０７０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有するレーザビームを放射するよう構成されたイットリウムベースの固体レーザである。別の実施形態では、レーザ装置７１４はファイバレーザを含むマルチレーザダイオードアレイである。他の実施形態では、レーザ装置７１４は、ＣＣレーザなど、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切なタイプのレーザを含み得る。さらに、ＤＭＬＭシステム７１０は単一のレーザ装置７１４を含むものとして図示及び説明されているが、ＤＭＬＭシステム７１０は２つ以上のレーザ装置を含むことができる。一実施形態では、例えば、ＤＭＬＭシステム７１０は、第１パワーを有する第１レーザ装置、第１レーザパワーとは異なる第２パワーを有する第２レーザ装置、又は実質的に同じパワー出力を有する少なくとも２つのレーザ装置を含み得る。さらに他の実施形態では、ＤＭＬＭシステム７１０は、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にするレーザ装置の任意の組み合わせを含み得る。
【００６９】
図７に示すように、レーザ装置７１４は、レーザビーム７１６を構築プレート７１２上に集束させるのを容易にする光学素子７３０及び７３２に光学的に結合されている。例示的実施形態では、光学素子７３０及び７３２は、レーザ装置７１４と第１走査装置７１８との間に配置されたビームコリメータ７３０と、第１走査装置７１８と構築プレート７１２との間に配置されたＦθレンズ７３２とを含んでいる。他の実施形態では、ＤＭＬＭシステム７１０は、構築プレート７１２上にコリメート及び／又は集束レーザビームを提供する任意の適切な種類及び配置の光学素子を含み得る。
【００７０】
第１走査装置７１８は、構築プレート７１２の選択部分にわたってレーザビーム７１６を向けて固体部品７２８を作るよう構成されている。例示的実施形態では、第１走査装置７１８は、検流計制御モータ７３６（広義にはアクチュエータ）に動作可能に結合されたミラー７３４を含む検流計走査装置である。モータ７３６は、コントローラ７２６から受信した信号に応答してミラー７３４を移動（具体的には回転）させ、それによってレーザビーム７１６を構築プレート７１２の選択部分にわたって偏向させるよう構成されている。ミラー７３４は、ミラー７３４がレーザビーム７１６を構築プレート７１２に向けて偏向させることを可能にする任意の適切な構成を有し得る。いくつかの実施形態において、ミラー７３４は、レーザビーム７１６の波長に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含み得る。
【００７１】
第１走査装置７１８は単一のミラー７３４及び単一のモータ７３６と共に示されているが、第１走査装置７１８は、第１走査装置７１８が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数のミラー及びモータを含み得る。一実施形態では、例えば、第１走査装置７１８は、２つのミラー及び２つの検流計制御モータを含み、それぞれがミラーの１つに動作可能に結合されている。さらに他の実施形態では、第１走査装置７１８は、例えば２次元（２Ｄ）走査検流計、３次元（３Ｄ）走査検流計及び動的集束検流計など、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な走査装置を含み得る。
【００７２】
光学システム７２０は、溶融プール７２２によって生成された電磁放射を検出し、溶融プール７２２に関する情報を計算装置７２４に送信するよう構成されている。例示的実施形態では、光学システム７２０は、溶融プール７２２によって生成された電磁放射７４０（「ＥＭ放射」とも呼ばれる）を検出するよう構成された第１光学検出器７３８と、第１光学検出器７３８にＥＭ放射７４０を向けるよう構成された第２走査装置７４２とを含んでいる。より具体的には、第１光学検出器７３８は、溶融プール７２２によって生成されたＥＭ放射７４０を受け取り、それに応答して電気信号７４４を発生させるよう構成されている。第１光学検出器７３８は、計算装置７２４に通信可能に結合されており、電気信号７４４を計算装置７２４に送信するよう構成されている。
【００７３】
第１光学検出器７３８は、例えば、限定されないが、光電子増倍管、フォトダイオード、赤外線カメラ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、ＣＭＯＳカメラ、高温計又は高速可視光カメラを含む、光学システム７２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な光学検出器を含むことができる。光学システム７２０は単一の第１光学検出器７３８を含むものとして図示及び説明されているが、光学システム７２０は、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数及び種類の光学検出器を含み得る。一実施形態では、例えば、光学システム７２０は、赤外スペクトル内のＥＭ放射を検出するよう構成された第１光学検出器と、可視光スペクトル内のＥＭ放射を検出するよう構成された第２光学検出器とを含んでいる。２つ以上の光学検出器を含む実施形態では、光学システム７２０は、溶融プール７２２からのＥＭ放射７４０を分割して対応する光学検出器に偏向するよう構成されたビームスプリッタ（図示せず）を含むことができる。
【００７４】
光学システム７２０は溶融プール７２２によって生成されたＥＭ放射７４０用の「光学」検出器を含むものとして説明されているが、「光学」という用語の使用は「可視」という用語と同義ではないことに留意されたい。むしろ、光学システム７２０は、広いスペクトル範囲のＥＭ放射を捕捉するよう構成され得る。例えば、第１光学検出器７３８は、紫外スペクトル（約２００〜４００ｎｍ）、可視光スペクトル（約４００〜７００ｎｍ）、近赤外スペクトル（約７００〜１，２００ｎｍ）及び赤外スペクトル（約１，２００〜１０，０００ｎｍ）の波長を有する光に敏感であり得る。さらに、溶融プール７２２によって放出されるＥＭ放射の種類は溶融プール７２２の温度に依存するので、光学システム７２０は溶融プール７２２の大きさ及び温度の両方を監視し測定することができる。
【００７５】
第２走査装置７４２は、溶融プール７２２によって生成されたＥＭ放射７４０を第１光学検出器７３８に向けるよう構成されている。例示的実施形態では、第２走査装置７４２は、第１検流計制御モータ７４８（概してアクチュエータ）に動作可能に結合された第１ミラー７４６と、第２検流計制御モータ７５２（概して、アクチュエータ）に動作可能に結合された第２ミラー７５０とを含む検流計走査装置である。第１モータ７４８及び第２モータ７５２は、コントローラ７２６から受信した信号に応答して、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０をそれぞれ移動（具体的には回転）させて、ＥＭ放射７４０を溶融プール７２２から第１光学検出器７３８に偏向するよう構成されている。第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０は、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０が溶融プール７２２によって生成されたＥＭ放射７４０を偏向させることを可能にする任意の適切な構成を有することができる。いくつかの実施形態では、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０の一方又は両方は、第１光学検出器７３８が検出するよう構成されているＥＭ放射に対応する反射スペクトルを有する反射コーティングを含んでいる。
【００７６】
第２走査装置７４２は、２つのミラーと２つのモータを含むように図示及び説明されているが、第２走査装置７４２は、光学システム７２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な数のミラーとモータを含み得る。さらに、第２走査装置７４２は、例えば２次元（２Ｄ）走査検流計、３次元（３Ｄ）走査検流計及び動的集束検流計など、光学システム７２０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な走査装置を含み得る。
【００７７】
移動式構築プラットフォームモジュール６０６及び構築プレート７１２は、複数のＤＭＬＭシステム７１０と共に動作するよう構成されている。そのため、移動式構築プラットフォームモジュール６０６及び構築プレート７１２がＤＭＬＭシステム７１０に結合されるたびに、構築プレート３１２をＤＭＬＭシステム７１０と位置合わせしなければならない。位置合わせシステム７２３は、構築プレート７１２をＤＭＬＭシステム７１０と位置合わせするよう構成されている。位置合わせシステム７２３は、構築プレート７１２の底面７０２上に第２光学検出器７５４及び複数の基準マーク７５８を含んでいる。例示的実施形態では、構築プレート７１２は３つの基準マーク７５８を含んでいる。しかしながら、構築プレート７１２は、位置合わせシステム７２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数の基準マーク７５８を含み得る。
【００７８】
位置合わせシステム７２３は、構築プレート７１２をＤＭＬＭシステム７１０と位置合わせするよう構成されている。位置合わせシステム７２３は、第２光学検出器７５４及び基準マーク投影機７５６を含んでいる。基準マーク投影機７５６は、複数の基準マーク７５８を構築プレート７１２上に投影する。例示的実施形態では、基準マーク投影機７５６は３つの基準マーク７５８を投影する。しかし、基準マーク投影機７５６は、位置合わせシステム７２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数の基準マーク７５８を投影することができる。各基準マーク７５８は、基準マーク投影機７５６によって構築プレート７１２上に投影された形状を含んでいる。基準マーク投影機７５６は、基準マーク７５８を構築プレート７１２上に投影する複数のレーザ（図示せず）を含んでいる。
【００７９】
図８は、ＤＭＬＭシステム７１０の構築プレート７１２の概略図である。例示的実施形態では、構築プレート７１２は長方形の形状を有する。他の実施形態では、構築プレート７１２は、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切なサイズ及び形状を有し得る。基準マーク７５８が構築プレート７１２上に投影されている。例示的実施形態では、基準マーク７５８は十字形を有する。他の実施形態では、基準マーク７５８の形状は、円形、三角形、又は位置合わせシステム７２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の形状を含み得る。さらに、基準マーク７５８は、格子パターン、ドットパターン、市松模様パターン、又は位置合わせシステム７２３が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の他のパターンを含むことができる。基準マーク７５８は構築プレート７１２に沿って移動可能である。より具体的には、基準マーク７５８の位置は、基準マーク投影機７５６を使用して調整することができる。さらに、基準マーク投影機７５６のサイズ及び形状は、基準マーク投影機７５６を使用して調整することができる。
【００８０】
図７に示すように、第２光学検出器７５４は、構築プレート７１２上の基準マーク７５８の位置を検出し、それに応じて電気信号７６２を発生させるよう構成されている。第２光学検出器７５４は、第１走査装置７１８を介して構築プレート７１２上の基準マーク７５８の位置を検出する一方で、基準マーク投影機７５６は第１走査装置７１８を介して基準マーク７５８を投影しない。第２光学検出器７５４はレーザビーム７１６と位置合わせされている。したがって、第２光学検出器７５４は、ＤＭＬＭシステム７１０に対する構築プレート７１２の位置を検出する。第２光学検出器７５４は、計算装置７２４に通信可能に結合されており、電気信号７６２を計算装置７２４に送信するよう構成されている。計算装置７２４は、ＤＭＬＭシステム７１０内の構築プレート７１２の位置合わせ、第１走査装置７１８の位置合わせ、及びミラー７３４の位置合わせを制御するコントローラ７２６への制御信号７６０を発生させる。コントローラ７２６は、構築プレート７１２、第１走査装置７１８、及びミラー７３４の位置を変えることによって、基準マーク７５８の位置に応じて構築プレートを位置合わせさせる。したがって、構築プレート７１２は、異なるＤＭＬＭシステム７１０に移動され、その中で位置合わせすることができる。
【００８１】
例示的実施形態では、第２光学検出器７５４は、第２光学検出器７５４がレーザ装置７１４に対して基準マーク７５８を観察するように、レーザ装置７１４に結合されている。さらに、基準マーク投影機７５６は、基準マーク７５８が同じ位置で構築プレート７１２上に投影されるように、構築プレート７１２に結合されている。別の実施形態では、第２光学検出器７５４は、第２光学検出器７５４が構築プレート７１２に対して基準マーク７５８を観察するように、構築プレート７１２に結合されている。さらに、基準マーク投影機７５６は、基準マーク７５８がレーザ装置７１４に対して同じ位置で構築プレート７１２上に投影されるように、レーザ装置７１４に結合されている。
【００８２】
計算装置７２４は、ＤＭＬＭシステム７１０を動作させるために実行可能な命令を実行する少なくとも１つのプロセッサ（図３には示さず）を含むコンピュータシステムであり得る。計算装置７２４は、例えば、ＤＭＬＭシステム７１０の較正モデルと、部品７２８などの部品に関連付けられた電子コンピュータ構築ファイルとを含み得る。較正モデルは、限定されないが、ＤＭＬＭシステム７１０の所与の組の動作条件下（例えば、レーザ装置７１４の出力）での予想又は所望の溶融プールサイズ及び温度を含むことができる。構築ファイルは、ＤＭＬＭシステム７１０の１又は複数の部品を制御するために使用される構築パラメータを含み得る。構築パラメータは、レーザ装置７１４の出力、第１走査装置７１８の走査速度、第１走査装置７１８（具体的にはミラー７３４）の位置及び向き、第２走査装置７４２の走査速度、並びに第２走査装置７４２（具体的には、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０）の位置及び向きを含んでもよいが、これらに限定されない。例示的実施形態では、計算装置７２４とコントローラ７２６は別個の装置として示されている。他の実施形態では、計算装置７２４及びコントローラ７２６は、それぞれが本明細書で記載されているように計算装置７２４とコントローラ７２６の両方として動作する単一の装置として組み合わせることができる。
【００８３】
例示的実施形態では、計算装置７２４はまた、部品７２８の製造中に少なくとも部分的にデータ取得装置として動作し、ＤＭＬＭシステム７１０の動作を監視するよう構成されている。一実施形態では、例えば、計算装置７２４は、第１光学検出器７３８から電気信号７４４を受信し処理する。計算装置７２４は、電気信号７４４に基づいて溶融プール７２２に関連する情報を記憶してもよく、情報はＤＭＬＭシステム７１０に対する又はＤＭＬＭシステム７１０によって構築された特定の部品に対する構築プロセスの制御及び改良を容易にするために使用されてもよい。
【００８４】
さらに、計算装置７２４は、第１光学検出器７３８から受信した電気信号７４４に基づいて、リアルタイムで１又は複数の構築パラメータを調整するように構成することができる。例えば、ＤＭＬＭシステム７１０が部品７２８を構築するとき、計算装置７２４は、データ処理アルゴリズムを使用して第１光学検出器７３８からの電気信号７４４を処理して、溶融プール７２２のサイズ及び温度を決定する。計算装置７２４は、較正モデルに基づいて、溶融プール７２２の大きさ及び温度を、予想される又は所望の溶融プールの大きさ及び温度と比較することができる。計算装置７２４は、コントローラ７２６にフィードバックされ、且つリアルタイムで１又は複数の構築パラメータを調整するために使用される制御信号７６０を発生させることができ、溶融プール７２２内の不一致を修正することができる。例えば、計算装置７２４が溶融プール７２２内の不一致を検出した場合、計算装置７２４及び／又はコントローラ７２６は、そのような不一致を修正するために構築プロセス中にレーザ装置７１４の出力を調整することができる。
【００８５】
コントローラ７２６は、ＤＭＬＭシステム７１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の適切な種類のコントローラを含み得る。一実施形態では、例えば、コントローラ７２６は、人間のオペレータからの命令に少なくとも部分的に基づいてＤＭＬＭシステム７１０の動作を制御するための実行可能な命令を実行する少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリ装置とを含むコンピュータシステムである。コントローラ７２６は、例えば、ＤＭＬＭシステム７１０によって製造される部品７２８の３Ｄモデルを含み得る。コントローラ７２６によって実行される実行可能な命令は、レーザ装置７１４のパワー出力を制御することと、第１走査装置７１８の位置及び走査速度を制御することと、第２走査装置７４２の位置及び走査速度を制御することとを含み得る。
【００８６】
コントローラ７２６は、例えば計算装置７２４内に記憶された構築ファイルに関連付けられた構築パラメータに基づいて、ＤＭＬＭシステム７１０の１又は複数の部品を制御するよう構成されている。例示的実施形態では、コントローラ７２６は、ＤＭＬＭシステム７１０を用いて製造される部品に関連付けられた構築ファイルに基づいて、第１走査装置７１８を制御するよう構成されている。より具体的には、コントローラ７２６は、部品７２８に関連付けられた構築ファイルによって画定された所定の経路に基づいて、モータ７３６を使用してミラー７３４の位置、移動及び走査速度を制御するよう構成されている。
【００８７】
例示的実施形態では、コントローラ７２６はまた、溶融プール７２２からのＥＭ放射７４０を第１光学検出器７３８に向けるように第２走査装置７４２を制御するよう構成されている。コントローラ７２６は、第１走査装置７１８のミラー７３４の位置及び溶融プール７２２の位置の少なくとも１つに基づいて、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０の位置、移動及び走査速度を制御するよう構成されている。一実施形態では、例えば、構築プロセス中の所与の時点でのミラー７３４の位置は、ミラー７３４の位置を制御するために使用される構築ファイルの所定の経路に基づいて、計算装置７２４及び／又はコントローラ７２６を使用して決定される。コントローラ７２６は、決定されたミラー７３４の位置に基づいて、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０の位置、移動及び走査速度を制御する。別の実施形態では、第１走査装置７１８は、例えば、ミラー７３４位置に対応する位置信号をコントローラ７２６及び／又は計算装置７２４に出力することによって、ミラー７３４の位置をコントローラ７２６及び／又は計算装置７２４に伝達するよう構成され得る。さらに別の実施形態では、コントローラ７２６は、溶融プール７２２の位置に基づいて、第１ミラー７４６及び第２ミラー７５０の位置、移動及び走査速度を制御する。構築プロセス中の所与の時点での溶融プール７２２の位置は、例えばミラー７３４の位置に基づいて決定することができる。
【００８８】
コントローラ７２６はまた、レーザ装置７１４を含むがこれに限定されない、ＤＭＬＭシステム７１０の他の部品を制御するよう構成されてもよい。一実施形態では、例えば、コントローラ７２６は、構築ファイルに関連する構築パラメータに基づいてレーザ装置７１４のパワー出力を制御する。
【００８９】
本明細書に記載のエアロック式入力チャンバを有する複数構築ステーション付加製造システムの実施形態は、エアロック式チャンバ内で複数の構築領域を有する部品を構築する。複数構築領域付加製造システムは、エアロック式構築チャンバ、コンベヤシステム、複数の動作ステーション、エアロック式入力チャンバ、及びエアロック式出口チャンバを含んでいる。動作ステーションは、エアロック式構築チャンバ内のコンベヤシステムに隣接して配置されている。構築プラットフォームがエアロック式入力チャンバに入り、エアロック式入力チャンバ内の大気が不活性ガスでパージされる。次に、構築プラットフォームはエアロック式構築チャンバに入り、コンベヤシステム上に配置される。コンベヤシステムは、構築プラットフォームを構築プラットフォームから動作ステーションへ輸送する。各動作ステーションは、構築プラットフォームで構築粉末に関するタスクを実行する。動作ステーションが構築プラットフォーム上の部品を完成すると、構築プラットフォームは、エアロック式出口チャンバを通ってエアロック式構築チャンバを出る。単一のエアロック式構築チャンバ内に複数の構築ステーションを有する部品を構築すると、構築時間及びコストが削減される。
【００９０】
さらに、本明細書に記載の移動式パージステーションの実施形態は、複数の直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムのエアロック式構築チャンバをパージする。移動式パージステーションは、不活性ガス源及び圧縮機を含んでいる。動作中、圧縮機は不活性ガスを密封されたエアロック式構築チャンバに送る。不活性ガスは、エアロック式構築チャンバ内の大気酸素に取って代わる。移動式パージユニットが第１ＤＭＬＭシステムをパージした後、移動式パージユニットは、第１ＤＭＬＭシステムが部品を構成している間に他のＤＭＬＭシステムをパージすることができる。移動式パージステーションは、各ＤＭＬＭシステム上の専用のパージステーションを排除することによって、ＤＭＬＭシステムのコストを削減する。加えて、移動式パージステーションは、より小さく強力でない専用のパージステーションよりも速くエアロック式構築チャンバをパージすることができるより大きくより強力な圧縮機を有することができる。このように、移動式パージステーションは部品の構築時間を短縮する。
【００９１】
加えて、本明細書に記載の構築プラットフォームモジュール用の集中不活性ガスパージステーションは、複数の直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムの移動式構築プラットフォームモジュールをパージする。ＤＭＬＭシステムは、封じ込められたガス環境を有する２つのチャンバ、移動式構築プラットフォームモジュール及び統合モジュールに分けられる。統合モジュールは、レーザスキャナ及び粉末分配ユニットを含んでいる。統合モジュールは、プロセス全体を通して不活性環境を維持する。動作中に、構築プレートが移動式構築プラットフォームモジュールにロードされる。集中不活性ガスパージステーションは、移動式構築プラットフォームモジュールを不活性ガスでパージする。移動式構築プラットフォームモジュールは統合モジュールに結合され、粉末分配ユニットは移動式構築プラットフォームモジュール内の構築プレートに粉末を分配する。レーザスキャナは移動式構築プラットフォームモジュール内の部品を構築し、移動式構築プラットフォームモジュールは統合モジュールから分離される。集中不活性ガスパージステーションは、各ＤＭＬＭシステム上の専用のパージステーションを排除することによって、ＤＭＬＭシステムのコストを削減する。加えて、集中不活性ガスパージステーションは、より小さく強力でない専用のパージステーションよりも速く移動式構築プラットフォームモジュールをパージすることができるより大きくより強力な圧縮機を有することができる。したがって、集中不活性ガスパージステーションは、部品の構築時間を短縮する。
【００９２】
本明細書に記載の方法及びシステムの例示的な技術的効果は、（ａ）単一のエアロック式チャンバ内に複数のＤＭＬＭシステムを収容することと、（ｂ）構築プレートをエアロック式チャンバ内の複数のＤＭＬＭシステムに移動することと、（ｃ）構築プレート上の基準マークの位置を検出することと、（ｄ）構築プレートをＤＭＬＭシステムと位置合わせすることと、（ｅ）構築プレートをコンベヤシステムを用いて別のＤＭＬＭシステムに移動することと、（ｆ）部品の構築時間を短縮することと、（ｇ）パージステーションを複数のＤＭＬＭシステムに移動することと、（ｈ）複数のＤＭＬＭシステムのエアロック式構築チャンバをパージすることと、（ｉ）ＤＭＬＭシステムのコストを下げることと、（ｊ）部品の構築時間を短縮することと、（ｋ）移動式構築プラットフォームモジュールを集中不活性ガスパージステーションに結合することと、（ｌ）移動式構築プラットフォームモジュールを不活性ガスでパージすることと、（ｍ）移動式構築プラットフォームモジュールをＤＭＬＭシステムに結合することと、（ｎ）ＤＭＬＭシステムのコストを下げることと、（ｏ）部品の構築時間を短縮することを含む。
【００９３】
いくつかの実施形態は、１又は複数の電子装置又は計算装置の使用を含んでいる。そのような装置は、典型的に、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジック回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置、及び／又は本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路又は処理装置などの、プロセッサ、処理装置又はコントローラを含んでいる。本明細書に記載の方法は、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むがこれらに限定されない、コンピュータ可読媒体に組み込まれた実行可能な命令として符号化することができる。そのような命令は、処理装置によって実行されると、し処理装置に本明細書に記載された方法の少なくとも一部を実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサ及び処理装置という用語の定義及び／又は意味を決して限定することを意図するものではない。
【００９４】
構築プラットフォームモジュール用のエアロック式入力チャンバ、移動式パージステーション、及び集中不活性ガスパージステーションを有する複数構築ステーション付加製造システムの例示的実施形態が、上に詳細に説明されている。装置、システム及び方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ本方法の動作及びシステムの部品は、本明細書に記載の他の動作又は部品とは独立して別々に利用され得る。例えば、本明細書に記載のシステム、方法及び装置は、他の産業用途又は消費者用途を有してもよく、本明細書に記載の付加製造システムを用いた実施に限定されない。むしろ、１又は複数の実施形態を他の産業に関連して実装及び利用することができる。
【００９５】
本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示され、他の図面には示されないことがあるが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理に従って、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求され得る。
【００９６】
この書面の説明は、最良の形態を含む実施形態を開示し、また任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む実施形態を当業者が実施できるように例を使用する。本開示の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文言通りの表現と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文言通りの表現とはわずかに異なる同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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