(57)【要約】本発明は、材料床の選択された領域を固化するように、スキャナ（１５７ａ、１５７ｂ）の少なくとも１つの可動ガイド要素（１５０ａ、１５０ｂ）を用いてレーザビーム（１１８ａ、１１８ｂ）を方向付けることによって、オブジェクト（１０３）が層ごとの手法で構築される付加製造プロセスを監視する方法に関する。本方法は、少なくとも１つの可動ガイド要素（１５０ａ、１５０ｂ）の位置を測定するトランスデューサ（１５３、１５４）から生成される位置値（θn、φn）を記録するステップと、材料床から放出され、スキャナ（１５７ａ、１５７ｂ）の可動ガイド要素（１５０ａ、１５０ｂ）によってセンサ（１６１ａ、１６１ｂ）に伝達される放射を検出するためのセンサ（１６１ａ、１６１ｂ）から生成されるセンサ値（Ｓn）を記録するステップと、各センサ値（Ｓn）を位置値（θn、φn）のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む。
2020504030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料床の選択された領域を固化するように、スキャナの少なくとも１つの可動ガイド要素を用いてレーザビームを方向付けることによって、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造プロセスを監視する方法であって、前記少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するトランスデューサから生成される位置値を記録するステップと、前記材料床から放出され、前記スキャナの前記可動ガイド要素によって前記センサに伝達される放射を検出するためのセンサから生成されるセンサ値を記録するステップと、各センサ値を前記位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの可動ガイド要素は、前記レーザビームを第１の次元に方向付けるための第１の可動ガイド要素と、前記レーザビームを前記第１の次元に実質的に垂直な第２の次元に方向付けるための第２の可動ガイド要素とを備えることができ、前記方法は、前記第１の可動ガイド要素の位置を測定する第１のトランスデューサから生成される第１の位置値を記録するステップと、前記第２の可動ガイド要素の位置を測定する第２のトランスデューサから生成される第２の位置値を記録するステップと、各センサ値を前記第１の位置値および前記第２の位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの可動ガイド要素は、１つまたは複数の傾斜可変ミラーであり、前記トランスデューサは、前記傾斜可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーの角度位置を測定する請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各センサ値を前記位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップは、前記センサ値、および前記位置値のうちの対応する１つを共通の識別子に関連付けるステップを含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記共通の識別子は時間である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記共通の識別子は、前記スキャナに前記レーザビームを前記材料床上の位置に移動させるように指示する要求信号に関連付けられた時間、および／またはクロック信号から導き出された時間である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各センサ値を前記位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップは、前記センサ値、および前記位置の前記対応する１つを、単一のデータパケットにパッケージ化するステップを含む請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記可動ガイド要素の前記測定された位置に基づいて、前記センサ値を前記オブジェクト内および／または前記付加製造装置内に局在化させるステップを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記センサ値を前記オブジェクト内に局在化させるステップは、前記センサ値を前記オブジェクトの基準座標系内に局在化させるステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ値を前記付加製造装置内に局在化させるステップは、前記センサ値を前記材料床の基準座標系内に局在化させるステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記トランスデューサからの信号を、前記スキャナに対する要求信号から遮蔽するステップを含む請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記トランスデューサは、アナログ信号を生成し、前記方法は、前記アナログ信号がデジタル信号に変換されるまで、前記アナログ信号を外部ノイズおよび／または前記要求信号から遮蔽するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造装置のためのスキャナであって、材料床の選択された領域を固化するようにレーザビームを方向付けるための少なくとも１つのガイド要素と、前記少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するためのトランスデューサと、前記材料床から放出され、前記可動ガイド要素によって出力端に伝達される放射を検出するためのセンサに向かって方向付けられることになる光のための前記出力端を有する光学経路と、前記トランスデューサによって生成される位置信号を前記スキャナから出力するためのインターフェースとを備えるスキャナ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの可動ガイド要素は、前記レーザビームを第１の次元に方向付けるための第１の可動ガイド要素と、前記レーザビームを前記第１の次元に実質的に垂直な第２の次元に方向付けるための第２の可動ガイド要素とを備え、前記インターフェースは、前記第１のトランスデューサから生成された第１の位置信号、および第２のトランスデューサから生成された第２の位置信号を出力するためのものである請求項１３に記載のスキャナ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの可動ガイド要素は、１つまたは複数の傾斜可変ミラーであり、前記トランスデューサは、前記傾斜可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーの角度位置を測定する請求項１３または請求項１４に記載のスキャナ。
【請求項１６】
前記インターフェースは、前記位置信号に対して、前記可動ガイド要素の位置を制御するための要求信号によって生成される電磁干渉からの遮蔽をもたらす請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１７】
前記位置信号のための出力ラインと、前記要求信号のための入力ラインと、前記入力ラインおよび前記出力ラインのそれぞれを、前記入力および出力回路のうちの他方によって生成される電磁干渉から遮蔽するための遮蔽とを備える請求項１６に記載のスキャナ。
【請求項１８】
前記入力ラインおよび前記出力ラインは、プリント回路基板の異なる層としてもたらされ、前記入力ラインおよび前記出力ラインは、前記入力ラインおよび前記出力ラインのそれぞれを、前記入力ラインおよび前記出力ラインの他方上の前記信号によって生成される電磁干渉から遮蔽するように、接地面によって分離される請求項１７に記載のスキャナ。
【請求項１９】
前記位置信号を処理するための処理回路を備え、前記トランスデューサは、アナログ位置信号を生成し、前記処理回路は、前記アナログ位置信号をデジタル位置信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器を備え、前記処理回路は、前記処理回路を外部電磁干渉から遮蔽するハウジング内に収容される請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載のスキャナを備えた、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された請求項２０に記載の付加製造装置。
【請求項２２】
材料床の選択された領域を固化するように、スキャナの少なくとも１つの可動ガイド要素を用いてレーザビームを方向付けることによって、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造プロセスの間に、センサによって捕捉される領域の、オブジェクト内または付加製造装置内の位置を識別する方法であって、前記センサは、前記材料床から放出され、前記可動ガイド要素によって前記センサに伝達される放射を検出するように構成され、前記方法は、前記センサから生成されるセンサ値を受け取るステップと、前記少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するトランスデューサによって生成される位置値を受け取るステップであって、各センサ値は前記位置値のうちの対応する１つに関連付けられる、ステップと、各センサ値に対して、前記付加製造プロセスの間に前記センサ値が生成された領域の前記オブジェクト内および／または前記付加製造装置内の局在化された位置を決定するステップとを含む方法。
【請求項２３】
前記オブジェクト内および／または前記材料床内の、前記センサ値の局在化された位置に対して、前記センサ値を多次元表示に表示するステップを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
プロセッサを備えた装置であって、前記プロセッサは、請求項２２または請求項２３に記載の方法を実行するように構成される装置。
【請求項２５】
命令が記憶されたデータ担体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに請求項２２または請求項２３に記載の方法を実行させるデータ担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末床溶解装置などの付加製造装置の光学スキャナの光学トレインを通して収集されるセンサデータを、付加製造装置内、および／または付加製造装置を用いて製造されるオブジェクト内の位置に局在化するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品を生産するための付加製造またはラピッドプロトタイピング方法は、流動性を有する材料の層ごとの固化を含む。選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、およびステレオリソグラフィシステムなど、材料床システムを含む、様々な付加製造方法がある。
【０００３】
選択的レーザ溶融では、造形チャンバ内の粉末床上に粉末層が堆積され、構築されるオブジェクトの断面（スライス）に対応する粉末層の部分にわたってレーザビームが走査される。レーザビームは、粉末を溶融または焼結して固化された層を形成する。層の選択的固化の後、粉末床は新たに固化された層の厚さだけ降下され、必要に応じて、さらなる粉末の層が表面の上に分散され、固化される。単一の造形において、２つ以上のオブジェクトが構築されることができ、部品は粉末床内に間隔を空けて置かれる。
【０００４】
レーザビームは通常、それぞれがガルバノメータの制御のもとで回転される傾斜ミラーのペアを備えた光学スキャナを用いて、粉末床の上に走査される。ミラー位置の制御のためにミラー／ガルバノメータの位置を測定するように、トランスデューサが配置される。このようにして、要求位置が達成されることができる。
【０００５】
特許文献１は、粉末表面にわたってレーザビームを走査するためのスキャナと、空間分解検出器（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラ）、または溶融ゾーンによって放出される放射を捕捉し、スキャナの光学系を通して伝達されるための集積化検出器（例えば大きな有効エリアを有するフォトダイオード）とを備えた選択的レーザ溶融装置を開示している。
【０００６】
特許文献２は、レーザ溶融プロセスを用いて３次元構成部品を生産するための方法を開示しており、特許文献１で開示されるデバイスを用いて捕捉されたセンサ値は、構成部品内のセンサ値の位置を特定する座標値と一緒に記憶され、構成部品内のセンサ値の検出位置に対して２次元および／または多次元表示における視覚化ユニットを用いて表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００７／１４７２２１号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０１６８９０２号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１６／１５６８２４号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５８４４６７３号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１０／００７３９６号パンフレット
【特許文献６】国際公開第２０１５／０４０４３３号パンフレット
【特許文献７】国際公開第２０１６／０１９８８８５号パンフレット
【特許文献８】国際公開第２０１４／２０７４５４号パンフレット
【特許文献９】国際公開第２０１４／１９９１３４号パンフレット
【特許文献１０】国際公開第２０１５／１４０５４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
センサ値は、造形座標値を用いた座標値に局在化され得る（いわゆる「要求データ」、造形プロセスの基礎をなす情報）。しかしこれは、要求信号の送信における遅延、傾斜ミラーの慣性、要求信号に干渉するシステム内のノイズにより、センサ値の捕捉の時点でのスキャナの傾斜ミラーの要求位置と、傾斜ミラーの実際の位置との間に差が存在する可能性があるので、センサデータの局在化における不正確さに繋がる可能性がある。
【０００９】
あるいは、センサ値は粉末床の局所捕捉を用いて座標値に局在化され得る。しかし、溶融ゾーンの必要な位置精度を達成するのに十分な分解能およびフレームレートのカメラは、大きな床に対して非常に高価となり、現在の技術では達成可能ではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、材料床の選択された領域を固化するように、スキャナの少なくとも１つの可動ガイド要素を用いてレーザビームを方向付けることによって、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造プロセスを監視する方法がもたらされ、本方法は、少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するトランスデューサから生成される位置値を記録するステップと、材料床から放出され、スキャナの可動ガイド要素によってセンサに伝達される放射を検出するためのセンサから生成されるセンサ値を記録するステップと、各センサ値を位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む。
【００１１】
このようにして、センサ値は、可動ガイド要素の測定された位置に基づいて、オブジェクト内および／または材料床内に局在化されることができる。これは、センサ値を局在化するために要求位置または材料床の局所捕捉を用いたときに起こり得る、センサの局在化における不正確さを回避し得る。さらに、スキャナの可動ガイド要素の位置を測定するためのトランスデューサは、通常、可動ガイド要素の位置決めを制御するためにもたらされ、センサ値に対する捕捉位置を決定するための高分解能、高フレームレートカメラなどの、追加のデバイスの必要性を不要にする。材料床の温度、溶融プール、溶融プールサイズ、形状または他の寸法、溶融プール温度などを測定することは、付加製造プロセスを検証するために十分とはなり得ない。さらに、付加的に構築されたオブジェクトを検証するためには、溶融された領域／固化された領域が所望の位置に形成されたかどうかを、正確に知ることが重要となる可能性がある。本発明はこのような位置が、少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するトランスデューサから生成される位置値から決定されることを可能にする。
【００１２】
少なくとも１つの可動ガイド要素は、レーザビームを第１の次元に方向付けるための第１の可動ガイド要素と、レーザビームを第１の次元に実質的に垂直な第２の次元に方向付けるための第２の可動ガイド要素とを備えることができ、本方法は、第１の可動ガイド要素の位置を測定する第１のトランスデューサから生成される第１の位置値を記録するステップと、第２の可動ガイド要素の位置を測定する第２のトランスデューサから生成される第２の位置値を記録するステップと、各センサ値を第１の位置値および第２の位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む。
【００１３】
付加製造プロセスは、少なくとも１つの可動ガイド要素と同じ次元にレーザビームを方向付けるための、追加的可動ガイド要素を用いて、レーザビームを方向付けるステップを含むことができ、本方法は、追加的可動ガイド要素の位置を測定する追加的トランスデューサから生成される、追加的位置値を記録するステップと、各センサ値を、追加的位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップとを含む。例えば、追加的可動ガイド要素は、レーザビームを第１の次元または第２の次元に方向付けるためのものとすることができる。追加的可動ガイド要素は、より高速な動的応答であるが、少なくとも１つの可動ガイド要素より小さな、レーザビームの動きの範囲をもたらし得る。例えばスキャナは、参照により本明細書に組み込まれる特許文献３で述べられているようなスキャナとすることができる。
【００１４】
少なくとも１つの可動ガイド要素は、１つまたは複数の傾斜可変ミラーとすることができる。上記傾斜可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーは、ガルバノメータなどのアクチュエータの制御のもとで移動され得る。トランスデューサは、上記可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーの角度位置を測定し得る。
【００１５】
あるいは、または追加として、可動ガイド要素は、光学要素がレーザビームを材料床の異なる領域に方向付けることを可能にするように、ガントリーシステム上で可動となるように搭載された、少なくとも１つのミラーなどの光学要素とすることができる。トランスデューサは、ガントリー上の光学要素の位置を測定し得る。
【００１６】
追加的ガイド要素は、１つまたは複数の追加的傾斜可変ミラーとすることができる。各追加的傾斜可変ミラーは、圧電アクチュエータなどのアクチュエータの制御のもとで可動とすることができる。追加的トランスデューサは、追加的傾斜可変ミラーの角度位置を測定し得る。
【００１７】
各センサ値を位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップは、センサ値、および位置値のうちの対応する１つを、共通の識別子に関連付けるステップを含み得る。共通の識別子は、スキャナにレーザビームを材料床上の位置に移動させるように指示する要求信号に関連付けられた時間、および／またはクロック信号から導き出された時間などの、時間とすることができる。
【００１８】
各センサ値を位置値のうちの対応する１つに関連付けるステップは、センサ値、および位置の対応する１つを、単一のデータパケットにパッケージ化するステップを含み得る。
【００１９】
本方法は、可動ガイド要素の測定された位置に基づいて、センサ値をオブジェクト内および／または付加製造装置内に局在化させるステップを含み得る。センサ値をオブジェクト内に局在化させるステップは、センサ値をオブジェクトの基準座標系内に局在化させるステップを含み得る。センサ値を付加製造装置内に局在化させるステップは、センサ値を材料床の基準座標系内に局在化させるステップを含み得る。（材料床は、通常、付加製造装置内の造形プラットフォームの動きと共に移動される。したがって、材料床の基準座標系は、スキャナなど、装置の他の要素に対して固定され得ない。）センサ値を付加製造装置内に局在化させるステップは、センサ値を、傾斜可変ミラーの極座標基準系、またはガントリーの直交座標基準系など、スキャナの基準座標系内に局在化させるステップを含み得る。スキャナがガントリーシステム内で可動な傾斜可変ミラーの組み合わせを備える場合には、本方法は、センサ値を、傾斜可変ミラーの回転の軸に対して固定された基準座標系内に局在化させるステップを含み得る。
【００２０】
本方法は、オブジェクト内および／または材料床内の、センサ値の局在化された位置に対して、センサ値を多次元表示に表示するステップを含み得る。多次元表示は、オブジェクト内および／または材料床内のセンサデータの２次元、３次元、および／または４次元表示を含み得る。
【００２１】
本方法は、トランスデューサからの信号を、外部ノイズおよび／またはスキャナに対する要求信号から遮蔽するステップを含み得る。トランスデューサは、アナログ信号を生成することができ、本方法は、アナログ信号がデジタル信号に変換されるまで、アナログ信号を外部ノイズおよび／または要求信号から遮蔽するステップを含み得る。
【００２２】
トランスデューサは、アナログ信号を生成することができ、本方法は、アナログ信号がデジタル信号に変換される前に、ノイズに対してアナログ信号をフィルタリングするステップを含み得る。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造装置のためのスキャナがもたらされ、スキャナは、材料床の選択された領域を固化するようにレーザビームを方向付けるための少なくとも１つのガイド要素と、少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するためのトランスデューサと、材料床から放出され、可動ガイド要素によって出力端に伝達される放射を検出するためのセンサに向かって方向付けられることになる光のための出力端を有する光学経路と、トランスデューサによって生成される位置信号をスキャナから出力するためのインターフェースとを備える。
【００２４】
このようにして、可動ガイド要素の実際の位置がスキャナから読み出され、例えば、オブジェクト内および／または材料床内にセンサ値を局在化するために用いられることができる。
【００２５】
少なくとも１つの可動ガイド要素は、レーザビームを第１の次元に方向付けるための第１の可動ガイド要素と、レーザビームを、第１の次元に実質的に垂直な第２の次元に方向付けるための第２の可動ガイド要素とを備えることができ、インターフェースは、第１のトランスデューサから生成された第１の位置信号および第２のトランスデューサから生成された第２の位置信号を出力するためのものである。
【００２６】
スキャナは、少なくとも１つの可動ガイド要素と同じ次元にレーザビームを方向付けるための、追加的可動ガイド要素を用いて、レーザビームを方向付けるステップを含むことができ、インターフェースは、追加的トランスデューサによって生成される追加的位置信号を出力するためのものである。追加的可動ガイド要素は、レーザビームを第１または第２の次元に方向付けるためのものとすることができる。追加的可動ガイド要素は、より高速な動的応答であるが、少なくとも１つの可動ガイド要素より小さな、レーザビームの動きの範囲をもたらし得る。例えばスキャナは、参照により本明細書に組み込まれる特許文献３で述べられているようなスキャナとすることができる。
【００２７】
少なくとも１つの可動ガイド要素は、１つまたは複数の傾斜可変ミラーとすることができる。上記可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーは、ガルバノメータなどのアクチュエータの制御のもとで移動され得る。トランスデューサは、上記可変ミラーまたは各傾斜可変ミラーの角度位置を測定し得る。トランスデューサは、特許文献４で述べられている位置検出器によるものとすることができる。あるいは、トランスデューサはシャフト位置を通じてではなく、傾斜可変ミラーの位置を直接測定し得る。例えば、トランスデューサはレーザビームをミラーの前面または後面上に方向付けるレーザと、反射されたレーザビームを測定するための検出器とを備え得る。ミラー上のレーザビームの強度は、ミラー位置と共に変化し得る。このより方でミラー位置を測定することは、シャフトねじれに関連付けられた隠れたモードを除去し得る。
【００２８】
あるいは、または追加として、可動ガイド要素は、光学要素がレーザビームを材料床の異なる領域に方向付けることを可能にするように、ガントリーシステム上で可動となるように搭載された、少なくとも１つのミラーなどの光学要素とすることができる。トランスデューサは、ガントリー上の光学要素の位置を測定し得る。
【００２９】
追加的ガイド要素は、１つまたは複数の追加的傾斜可変ミラーとすることができる。各追加的傾斜可変ミラーは、圧電アクチュエータなどのアクチュエータの制御のもとで可動とすることができる。追加的トランスデューサは、追加的傾斜可変ミラーの角度位置を測定し得る。トランスデューサは、１つまたは複数の傾斜可変ミラーに関して上述されたようなものとすることができる。
【００３０】
少なくとも１つの可動ガイド要素を含んだ光学経路は、遮光性ハウジング内に収容され得る。
【００３１】
インターフェースは、電磁干渉の外部発生源、および／または要求信号によって生成される電磁干渉から、位置信号のための出力の遮蔽をもたらすことができる。
【００３２】
インターフェースはさらに、可動ガイド要素の位置を制御するための要求信号のための入力をもたらし得る。インターフェースは、位置信号のための出力ラインと、要求信号のための入力ラインと、入力ラインおよび出力ラインのそれぞれを、入力および出力回路のうちの他方によって生成される電磁干渉から遮蔽するための遮蔽とを備え得る。入力ラインおよび出力ラインは、プリント回路基板の異なる層としてもたらされることができ、入力ラインおよび出力ラインは、入力ラインおよび出力ラインのそれぞれを、入力ラインおよび出力ラインの他方上の信号によって生成される電磁干渉から遮蔽するように、接地面によって分離される。
【００３３】
スキャナは、位置信号を処理するための処理回路をさらに備え得る。トランスデューサは、アナログ位置信号を生成することができ、処理回路は、アナログ位置信号をデジタル位置信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器を備える。デジタル位置信号は、アナログ信号と比べて干渉に対してより復元力がある。処理回路は、位置信号からノイズをフィルタリングするためのフィルタをさらに備え得る。処理回路は、処理回路を外部電磁干渉から遮蔽するハウジング内に収容され得る。
【００３４】
センサ値を局在化するための位置値における必要な精度、および付加製造装置によって生成される顕著な電磁ノイズにより、位置信号を干渉から遮蔽することは、必要な精度を有する位置信号を出力することにおいて重要になる可能性がある。
【００３５】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様によるスキャナを備えた、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造装置がもたらされる。
【００３６】
付加製造装置は、本発明の第１の態様の方法を実行するように構成され得る。
【００３７】
本発明の第４の態様によれば、材料床の選択された領域を固化するように、スキャナの少なくとも１つの可動ガイド要素を用いてレーザビームを方向付けることによって、オブジェクトが層ごとの手法で構築される付加製造プロセスの間に、センサによって捕捉される領域の、オブジェクト内または付加製造装置内の位置を識別する方法がもたらされ、センサは、材料床から放出され、可動ガイド要素によってセンサに伝達される放射を検出するように構成され、本方法は、センサから生成されるセンサ値を受け取るステップと、少なくとも１つの可動ガイド要素の位置を測定するトランスデューサによって生成される位置値を受け取るステップであって、各センサ値は位置値のうちの対応する１つに関連付けられる、ステップと、各センサ値に対して、付加製造プロセスの間にセンサ値が生成された領域のオブジェクト内および／または付加製造装置内の局在化された位置を決定するステップとを含む。
【００３８】
本方法は、オブジェクト内および／または材料床内の、センサ値の局在化された位置に対して、センサ値を多次元表示に表示するステップを含み得る。多次元表示は、オブジェクト内および／または材料床内のセンサデータの２次元、３次元、および／または４次元表示を含み得る。
【００３９】
本発明の第５の態様によれば、プロセッサを備え、プロセッサは、本発明の第４の態様の方法を実行するように構成される装置がもたらされる。
【００４０】
本装置は、センサ値を多次元表示に表示するためのディスプレイを備え得る。
【００４１】
本発明の第６の態様によれば、命令が記憶されたデータ担体がもたらされ、命令は、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに本発明の第４の態様の方法を実行させる。
【００４２】
データ担体は、非一時的データ担体、例えばフロッピーディスク、ＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ  ＲＯＭ／ＲＡＭ（−Ｒ／−ＲＷおよび＋Ｒ／＋ＲＷを含む）、ＨＤ  ＤＶＤ、ブルーレイ（商標）ディスク、メモリ（メモリスティック（商標）、ＳＤカード、コンパクトフラッシュカードなど）、ディスクドライブ（ハードディスクドライブなど）テープ、任意の磁気／光ストレージ、または有線上または光ファイバ上の信号、または無線信号、例えば有線もしくは無線ネットワーク（インターネットダウンロード、ＦＴＰ転送など）を通して送られる信号などの一時的データ担体など、マシンに命令をもたらすための適切な媒体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による付加製造装置の概略図である。
【図２】図１に示される付加製造装置の、他の側からの概略図である。
【図３ａ】本発明の実施形態によるスキャナの電子構成要素の概略図である。
【図３ｂ】本発明の実施形態によるスキャナの電子構成要素の概略図である。
【図４】付加製造装置のシステムアーキテクチャの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による造形ファイルの概略図である。
【図６】付加製造装置のコントローラによる、サブコマンドの生成の概略図である。
【図７】コントローラへのセンサデータパッケージの報告の概略図である。
【図８】本発明による出力データパッケージの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１から図３を参照すると、本発明の実施形態による付加製造装置は、造形スリーブ／シリンダ１１６と、粉末がその上に堆積されることができる表面とを画定する、隔壁１１５、１１７をその中に有する造形チャンバ１０１を備える。造形プラットフォーム１０２は、選択的レーザ溶融粉末１０４によって構築される被加工物１０３を支持するためにもたらされる。プラットフォーム１０２は、被加工物１０３の連続した層が形成されるのに従って、モータ１１９の制御のもとで、造形スリーブ１１６内で降下されることができる。利用可能な造形体積は、造形スリーブ１１６内へ造形プラットフォーム１０２が降下されることができる程度によって定義される。
【００４５】
粉末の層は、プラットフォーム１０２を降下させ、ワイパ１０９を用いて分注装置１０８から分注される粉末を分散させることによって、被加工物１０３が構築されるのに従って形成される。例えば、分注装置１０９は特許文献５で述べられているような装置とすることができる。この結果として粉末床１０４を生じる。
【００４６】
複数のレーザモジュール、この実施形態では２つのレーザモジュール１０５ａ、１０５ｂは、粉末１０４を溶融するためのレーザ１１８ａ、１１８ｂを生成し、レーザ１１８ａ、１１８ｂは、対応するスキャナ、この実施形態では光学モジュール１０６ａ、１０６ｂによって、必要に応じて方向付けられる。レーザビーム１１８ａ、１１８ｂは、窓１０７を通じてチャンバ１０１に入る。
【００４７】
この実施形態において、レーザモジュール１０５ａ、１０５ｂは、Ｎｄ  ＹＡＧファイバレーザなどのファイバレーザを備える。レーザビームは上から光学モジュールに入り、可動ガイドミラーに向かって反射される。
【００４８】
各光学モジュール１０６ａ、１０６ｂは、傾斜可変ミラー１５０の形での可動ガイド要素のペアを備える（その１つだけが、各光学モジュール１０６ａ、１０６ｂに対して示される）。ミラー１５０ａ、１５０ｂの一方は、レーザビームをＸ方向に導くように傾斜可変であり、他方の傾斜可変ミラー１５０ａ、１５０ｂは、レーザビームをＸ方向に垂直なＹ方向に導くように傾斜可変である。各傾斜可変ミラー１５０ａ、１５０ｂの動きは、ガルバノメータ１５１、１５２によって駆動される。各ガルバノメータの位置は、トランスデューサ１５３、１５４によって測定される。この実施形態において、トランスデューサは特許文献４で述べられているトランスデューサによるものである。各光学モジュール１０６ａ、１０６ｂは、対応するレーザビームの焦点距離を調整するための可動の焦点合わせオプティクス１５５ａ、１５５ｂをさらに備える。
【００４９】
ビームスプリッタ１５６ａ、１５６ｂは、レーザ波長の光を入力端から傾斜可変ミラー１５０ａ、１５０ｂに方向付け、粉末床１０４から放出される他の波長の光をプロセス内監視モジュール１６０ａ、１６０ｂに伝達する。プロセス内監視モジュール１６０ａ、１６０ｂは、伝達された光の積分された強度および／または空間的強度を検出するための、少なくとも１つの検出器１６１ａ、１６１ｂを備える。
【００５０】
スキャナの光学要素は、遮光性ハウジング１５７ａ、１５７ｂ内に収容される。
【００５１】
図３および図３ｂを参照すると、各ガルバノメータ１５１、１５２を駆動するための高電圧要求信号Ｄx、Ｄyは、光学モジュールコントローラ１８０からガルバノメータ１５１、１５２に送られる。トランスデューサ１５３、１５４からの低電圧アナログ位置信号Ｐx、Ｐy、および検出器１６１からのセンサ信号Ｓnは、光学モジュールコントローラ１８０に送られる。
【００５２】
光学モジュールコントローラ１８０は、マスタコントローラ１４０から受け取られた制御信号ＳＣに基づいて要求信号Ｄx、Ｄyを生成するための回路（以下でより詳しく述べられる）と、プロセス内監視モジュール１６０からのセンサ信号Ｓn、およびトランスデューサ１５３、１５４からの位置信号Ｐx、Ｐyを処理するためのセンサ処理回路とを備える。処理回路は、アナログ位置信号Ｐx、Ｐyをフィルタリングするためのフィルタ１８２と、アナログ位置信号をデジタル信号θn、φnに変換するためのアナログ−デジタル変換器１８３とを含む。回路は、ダストエンクロージャ１８１内に収容される。
【００５３】
要求信号Ｄx、Ｄyは、遮光性ハウジング１５７内のガルバノメータに送信され、位置信号Ｐx、Ｐyは、インターフェース１７０を通じて遮光性ハウジングから送信される。インターフェース１７０は、不正確な位置測定および／またはミラー１５０の誤った位置決めに繋がり得る、位置信号Ｐx、Ｐyと要求信号Ｄx、Ｄyとの間の顕著な干渉を防止するための遮蔽をもたらす。この実施形態において、インターフェースは、要求信号を送信するための要求信号トラックを有する第１の層１７１と、位置信号を送信するための位置信号トラックを有する第２の層１７２とを有するＰＣＢを備える。２つの層１７１、１７２は、他方の信号からの干渉から各信号を遮蔽するように、要求信号トラックと位置信号トラックとの間の、接地面１７３を有するさらなる層によって分離される。ＰＣＢは、遮光性ハウジング１５７内に、およびダストエンクロージャ１８１内に延びて、ガルバノメータをコントローラ１８０の回路に電子的に接続する。
【００５４】
コントローラ１８０は、トランスデューサ１５３、１５４によって生成された位置信号から導き出されるデジタル位置値θn、φnと、検出器１６１によって生成されたセンサ信号Ｓnとを、マスタコントローラ１４０に送られることになるデータパケットにパッケージ化する。以下でより詳しく述べられるように、データパケットは、コントローラ１８０によって現在実行されているコマンド内に含まれる識別子と同じ識別子Ｔを含む。各パケットは、デジタル位置値θn、φnの単一のセットを含むが、複数のセンサ値Ｓnを含み得る。
【００５５】
装置は、造形表面（粉末床の表面）にわたるガス流を生成するための、ガスノズル１２０およびガス排気口１２１をさらに備える。ガス流は、再循環ループ１２２のポンプ１１１によって生成される。フィルタアセンブリ１２４は、再循環されるガスからのガス流内に一緒に運ばれるようになる粒子をフィルタリングする。
【００５６】
装置は、造形環境を示す信号を生成するためのセンサ１９０をさらに備える。例えば、センサは、特許文献６および／または特許文献７で述べられているようなセンサ、サーマルカメラ、可視光カメラ、または付加製造での使用のために適した他のセンサとすることができる。
【００５７】
マスタコントローラ１４０は、付加製造装置のモジュール、すなわちレーザモジュール１０５ａ、１０５ｂ、光学モジュール１０６ａ、１０６ｂ、造形プラットフォーム１０２、分注装置１０８、ワイパ１０９、ポンプ１１１、およびセンサ１５０と通信する。この実施形態において、モジュールおよびコントローラ１４０のネットワークは、星状ネットワークとして示されるが、環状ネットワークなどの他の構成も用いられ得る。コントローラ１４０は、造形ファイルのコマンドに基づいてモジュールを制御する。
【００５８】
図５に示されるように、造形ファイルは、付加製造装置のコントローラ１４０によって実行されることになる複数のコマンドＣ1からＣnを備える。図５において、各コマンドＣ1からＣnは、光学モジュール１０６ａ、レーザ１０５ａ、光学モジュール１０６ｂ、レーザ１０５ｂ、ワイパ１０９、分注装置１０８、造形プラットフォーム１０２、およびポンプ１１に対して、それぞれ必要な状態ＯＡ、ＬＡ、ＯＢ、ＬＢ、Ｗ、Ｈ、Ｓ、Ｐを備える。コントローラ１４０によるコマンドＣ1からＣnの実行は、コントローラ１４０に、モジュールに各コマンドにおいて定義される必要な状態をとらせる信号を生成させる。例えば、信号は、光学モジュール１０６ａ、１０６ｂ、ワイパ１０８、および／または造形プラットフォーム１０２に必要な位置まで移動させ、分注装置に粉末を投与させ、レーザ１０５ａ、１０５ｂにスイッチオンもしくはオフ、またはレーザパワーを変更させ、および／またはポンプ１１１に対してスイッチオンもしくはオフ、または速度を変化させ得る。
【００５９】
各コマンドは、コマンドＣが実行されることになる時間を識別する識別子Ｔに関連付けられる。この実施形態において、時間は造形の開始（最初のコマンドが実行される時間）からの時間である。コントローラ１４０は、クロック１４１を備え、クロック１４１からのクロック信号を用いて、造形の開始からの時間を決定する。コントローラ１４０は、各コマンドＣ1からＣnを、関連付けられた識別子Ｔ1からＴnによって識別される時間に従って実行する。
【００６０】
決定論的制御が実行される時間分解能および位置は、付加製造装置の構成、および決定論的制御に対する要件に依存することになる。モジュール１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０２、１０８、１１１は、コントローラ１４０からの信号を解釈し、モジュール１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０２、１０８、１１１を適切に制御するための、それら自体のローカルプロセッサ（図示せず）を有し得る。コントローラ１４０によってモジュールに送られる信号は、モジュール１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０２、１０８、１１１において、および／またはいくつかのステップ内で、いくつかのデバイスによって実施されることとなる一般的な命令を備え得る。例えば、コントローラ１４０は、光学モジュール１０６ａ、１０６ｂに命令を送ることによって、定義された点距離だけ分離された一連の点露出を用いて、定義されたライン（ベクトル）をレーザビームに露出させ、各露出は設定された露出時間の間、実行される。光学モジュールのローカルプロセッサは、この命令を、レーザビーム１１８を方向付けるための操作可能ミラーを制御するガルバノメータの適切な動きを引き起こすことによって実行し得る。これは、所望の点間隔および露出時間を達成するように、光学モジュール１０５のローカルプロセッサによってガルバノメータの動きを引き起こすための、いくつかの時間間隔が置かれた信号の生成を含み得る。しかし、コントローラ１４０によって実行されるコマンドと異なり、コントローラ１４０から光学モジュール１０５によって受け取られる信号も、ローカルプロセッサからガルバノメータによって受け取られるものも、どの時点でコマンドがデバイス（光学モジュールまたはガルバノメータ）によって実行されるべきかを識別する識別子には関連付けられない。命令は、デバイスによって受け取られるとすぐに実行される。
【００６１】
代替的実施形態において、コマンドの決定論的実行は、中央コントローラ１４０によってではなく、モジュールにおいて実行される。モジュールのそれぞれまたは少なくともいくつかは、ローカルプロセッサおよびローカルクロックを備え得る。造形の開始において、中央コントローラ１４０は、ローカルクロックをコントローラ１４０のマスタクロック１４１に同期させ得る。コントローラ１４０は、次いでモジュールにコマンドを送出し、各コマンドは、コマンドがモジュールによって実行されることになるローカル時間（ローカルクロックを用いて決定される）を識別する識別子に関連付けられる。コマンドは、次いでモジュールにおいてキューイングされ、識別された時間において実行されることができる。
【００６２】
コントローラ１４０はまた、センサからセンサデータを受け取り、クロック１４１から決定される、特定の時点において受け取られたセンサデータをタイムスタンプに関連付ける。次いでセンサデータは、センサデータが生成される時点で付加製造装置によって実行されているアクションが決定されることができるように、対応する時間に対する識別子に関連付けられたコマンドと、相互に関連付けられることができる。
【００６３】
造形ファイルは、リモートコンピュータ１３０において生成され、適切な通信リンクを通じてコントローラ１４０に送られる。
【００６４】
造形を設計するためのソフトウェアは、特許文献８で述べられている手法において、材料を強化するときに従う、レーザビーム１１８ａ、１１８ｂに対する走査パスを決定する。走査パスが決定された後、走査パスの走査に対するレーザビーム１１８ａ、１１８ｂの割り当てが、例えば特許文献９で述べられている方法を用いて決定される。図において、層の走査は、特許文献１０で述べられているように、ワイパ１０８ａを用いた粉末の分散、および造形プラットフォーム１０２の降下と同期して実行される。したがって、走査がレーザビーム１１８ａ、１１８ｂによって行われるタイミングは、ワイパ１０８の位置および走査のための設定された速度に依存することになる。走査パスに対するレーザビーム１１８ａ、１１８ｂの割り当て、および設定された走査速度（初期走査パラメータ）から、点間隔および露出時間、レーザパワー、およびスポットサイズなどの適切な走査パラメータが決定されることができる。適切な走査パラメータは、隣接領域へのエネルギー入力、および隣接領域の強化の間に生じる冷却の大きさを考慮に入れて、所望の強化（溶融）を達成するために領域内に入力されることになるエネルギーの大きさを決定する、熱／エネルギーモデルを用いて決定され得る。
【００６５】
次いで走査パラメータおよび走査パスに従ってコマンドが生成され、ソフトウェアは、所望の走査を達成するように、各コマンドが付加製造装置によって実行されることになる、造形の間の時間を決定し、決定された時間は図４に示されるように、コマンドに関連付けられた識別子において識別される。
【００６６】
コンピュータ１３０によって決定された命令は、次いでユーザが造形を実行することを望むときにコントローラ１４０にアップロードされることができる。
【００６７】
図６から図８を参照すると、一実施形態において、指定された時間においてコマンドを実行するとすぐに、コントローラ１４０は、サブシステム１０６、１０６、１０８、１０９、１０２に対するサブコマンドＳＣを生成する。サブコマンドＳＣは、サブシステムによって実行されるコマンドと、サブコマンドが生成されることを引き起こしたコマンドＣの識別子Ｔとを含む。サブシステムに対して、サブコマンドＳＣは、サブシステム内にある１つまたは複数のセンサのセンサ読み出しを取り出すコマンドを含む。例えば、レーザ１０５または光学モジュール１０６は、レーザビームパワーを測定するためのセンサを備え、光学モジュールは、ガルバノメータの位置を測定するためのトランスデューサ１５２、１５３と、材料を強化するために形成される溶融プール上の画像および／または他のデータを捕捉するためのセンサとを（さらに）備える。粉末ディスペンサ１０８は、ホッパからの粉末の分注を制御する、オーガまたは可動プレートの位置を測定するためのセンサ、および／またはホッパ内の粉末の量を測定するためのセンサを備える。ワイパ１０９は、ワイパ１０９の位置を測定するための位置エンコーダ、および／または粉末床から突出する固化された材料のｚ高さを測定するための計測センサ（のアレイ）を備える。ｚ軸は、造形プラットフォーム１０２の位置を測定するための位置エンコーダを含む。装置は、付加造形プロセスによって生成される音／圧力波を記録する音響センサ、および／または造形チャンバ１０１内の酸素含有量を測定するための酸素センサなどの、他のセンサを含み得る。
【００６８】
サブコマンドを受け取るとすぐに、サブシステムはサブコマンドを直ちに実行し、これは、センサ読み出しを取り出すコマンドを含むサブコマンドに対しては、センサ値Ｓ1からＳnを記録することが関わる。サブシステムは、センサ値Ｓ1からＳnと、センサ値が捕捉されることを引き起こしたサブコマンドに含まれる識別子Ｔ1からＴnとを含んだ、センサデータパッケージを形成する。センサデータパッケージは、図６に示されるようにマスタコントローラ１４０に送られる。
【００６９】
図７を参照すると、センサ値Ｓ1からＳnは、他のセンサからセンサ値ｚ、θ、φ、および同じ識別子Ｔを用いてラベル付けされたコマンドＣと一緒に、出力データパッケージ２０１から２０４内にパッケージ化される。作業面内の位置、造形体積、および／またはセンサ値Ｓが捕捉された時点で強化されていた構成部品については、関連のあるセンサ値ｚ、θ、φ、またはコマンドＣに含まれた要求位置から決定されることができる。
【００７０】
位置は、レーザビームを作業面上に導くために用いられるステアリングミラーの位置を測定する位置エンコーダからの出力θ、φ、および造形プラットフォーム１０２の測定された位置ｚから決定される。測定された位置を用いることによって、センサ値の捕捉の時点での強化位置は、要求位置と実際の位置との間の差を考慮に入れて決定されることができる。
【００７１】
データパッケージ２０１から２０４はコンピュータ１３０などの視覚化装置に出力され、センサデータＳはオブジェクトの捕捉位置に対して２次元または３次元表示に表示される。視覚化されるセンサデータは、強化の間に形成される溶融プールに関連するセンサデータ（例えば光学モジュール１０６または少なくとも１つの音響センサによって収集される放射から決定される）、またはオブジェクトの各領域が強化された時点での造形チャンバ１０１内の酸素含有量などのオブジェクトの品質に影響を及ぼし得る他のセンサデータとすることができる。これは、造形の間にイベントが生じる既知のタイミングを通して可能となる。
【００７２】
一実施形態において、コマンドＣに含まれることになる識別子の決定は、通信遅延などの装置内の遅延、およびサブシステムのダイナミックスを考慮に入れる。付加製造装置は、装置内の遅延が決定される較正ルーチンを（定期的に）受ける。例えば、コマンドをレーザ１０５に送ってから、フォトダイオードによって検出される要求されたパワーまでのレーザパワーの上昇まで、ステアリングミラーまたは焦点合わせオプティクスを移動させるコマンドを送ってから、位置エンコーダからの出力から決定される要求される位置への、ステアリングミラーおよび／または焦点合わせオプティクスの動きの測定まで、および／またはプラットフォーム１０２をある位置まで駆動するコマンドを送ってから、要求される位置への造形プラットフォーム１０２の動きの測定までの、時間差が決定される。これらの時間差から、較正マップまたは関数が生成され、アクションが所望の時間において完了するように（コマンドを送ってから、アクションの所望の実行の時間までの時間オフセット）、マスタコントローラ１４０がサブコマンドをサブシステムに（コマンド内の識別子によって決定されるのに従って）送るべき時間を決定するために用いられる。造形準備ソフトウェア（または走査命令をコマンドに変換する他のソフトウェア）は、較正マップまたは関数を用いて、コマンドに対する識別子を生成する。
【００７３】
センサ値と相互に関連付けるように位置を決定するために要求データが用いられる場合、較正マップまたは関数は、センサ値の捕捉の時点でのサブシステムの位置を決定するために用いられ得る。例えば、較正マップまたは関数は、以前の識別子を有する出力パッケージ２０１から２０４内のコマンドＣは、センサ値が捕捉される時点でのサブシステムの要求位置に対応することを示し得る。位置が測定された位置である場合、異なる電子センサによって生成されるセンサ値の間に、顕著な時間差が存在するようになる可能性は低い。
【００７４】
上述の実施形態に対して、特許請求の範囲において定義される本発明から逸脱せずに修正および変更がなされ得ることが理解されるであろう。コマンドの実行のための時間が共通の造形開始時間から定義されるのではなく、異なるコマンドに対する時間は、異なる開始（ゼロ）時間に対して設定され得る。例えば、特定の層に対する走査コマンドは、その層の形成のための開始時間に対して設定され得る。制御方法は、他のタイプの付加製造装置、例えばステレオリソグラフィなどの他の粉末または樹脂床付加製造装置と共に用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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