(57)【要約】本発明は３次元の工作物を製造する装置（１０）に関し、この装置は、工作物を製造するための材料（１４）を受けるように構成されているキャリア（１２）と、１つ以上の可動式製造ユニット（２４）と、可動式製造ユニット（２４）がキャリア（１２）の様々な部分に向かい合って配置されるように、可動式製造ユニット（２４）をキャリア（１２）に対して移動させるように構成されている移動ユニット（１８）と、可動式製造ユニット（２４）とキャリア（１２）の相対配置に関連するセンサ信号を生成するように構成されている検出ユニットと、移動ユニット（１８）を介した可動式製造ユニット（２４）の位置決めに加えて、検出ユニットにより生成されるセンサ信号に基づいて可動式製造ユニット（２４）とキャリア（１８）の所望の相対配置からのオフセットを補償するために１つ以上の微細位置決め機能を提供するように構成されている制御ユニットと、を備える。本発明はさらに、３次元の工作物を製造する方法に関する。
2020532448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の工作物を製造する装置（１０）であって、
前記工作物を製造するための材料（１４）を受けるように構成されているキャリア（１２）と、
１つ以上の可動式製造ユニット（２４）と、を備え、
該可動式製造ユニット（２４）は、
付加層製造方式で前記工作物を製造するために、前記キャリア（１２）の上で固化された材料層を作るように構成されている固化装置（３５、３７）と、
前記キャリア（１２）及び／又は前記固化装置（３５、３７）へ材料を供給するように構成されている１つ以上の材料供給装置（３０）と、照射される領域へシールドガスを供給するように構成されているガス供給システム（４８）と、前記供給された材料（１４）を前記キャリア（１２）の上で材料層へと成形する層堆積機構（３２）と、
を備え、
前記装置（１０）は、
前記可動式製造ユニット（２４）が前記キャリア（１２）の様々な部分に向かい合って配置されるように、前記可動式製造ユニット（２４）を前記キャリア（１２）に対して移動させるように構成されている移動ユニット（１８）と、
前記可動式製造ユニット（２４）と前記キャリア（１２）の相対配置に関連するセンサ信号を生成するように構成されている検出ユニットと、
前記移動ユニット（１８）を介した前記可動式製造ユニット（２４）の位置決めに加えて、前記検出ユニットにより生成される前記センサ信号に基づいて前記可動式製造ユニット（２４）と前記キャリア（１８）の所望の相対配置からのオフセットを補償するために１つ以上の微細位置決め機能を提供するように構成されている制御ユニットと、
をさらに備える、装置（１０）。
【請求項２】
前記材料（１４）を受ける前記キャリア（１２）の面積は、前記移動ユニット（１８）によって移動させることなしに前記可動式製造ユニット（２４）によって固化することができる面積よりも大きい、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記固化装置（３５）は、前記キャリア（１２）へ塗布される前記材料（１４）の所定の場所に選択的に電磁放射線又は粒子放射線を照射する照射装置（３４）を備え、前記材料（１４）は好ましくは原材料粉末である、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記固化装置（３７）は、前記キャリア（１２）の上の所定の場所で固化するように前記材料（１４）を堆積させるように構成されているプリントヘッドを備える、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記微細位置決め機能は、前記可動式製造ユニット（２４）及び／又はその選択された構成要素と前記キャリア（１２）の間の相対位置を、例えば前記移動ユニット（１８）と前記可動式製造ユニット（２４）の間に配置される作動ユニットを用いて調整することを含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記相対位置は、前記可動式製造ユニット（２４）を前記キャリア（１２）に対して直交方向に移動させることで調整される、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記微細位置決め機能は、前記照射装置（３４）の１つ以上の構成要素の状態及び／又は位置を調整することを含む、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記微細位置決め機能は、例えば前記材料（１４）の照射された部分と照射されていない部分の間の移行区域を特定することで、照射開始点を特定することを含む、請求項３又は７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記検出ユニットは、前記可動式製造ユニット（２４）と前記キャリア（１２）及び／又はその上に堆積された最上部の材料層との間の距離を測定するように構成されている距離センサ（４２）を含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記距離センサ（４２）は、前記キャリア（１２）と対面するように前記可動式製造ユニット（２４）に配置される、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記検出ユニットは、前記キャリア（１２）と平行に延びる平面の中での前記可動式製造ユニット（２４）の位置を測定するように構成されているセンサシステムを含む、請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記センサシステムは、１つ以上のマーカー（２８）及び該マーカー（２８）の位置を検出するように構成されている１つ以上のセンサ（４６）を含み、任意選択で、前記マーカー（２８）と前記センサ（４６）のうちの一方は前記可動式製造ユニット（２４）に配置され、前記マーカー（２８）と前記センサ（４６）のうちの他方は前記可動式製造ユニット（２４）から遠くに配置される、請求項１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記移動ユニット（１８）は、以下の少なくとも一つの構成、すなわち、
・前記移動ユニット（１８）は１つ以上のマニピュレータ、例えば多軸ロボットを備えること、
・前記移動ユニット（１８）は、前記移動ユニット（１８）を１つ以上の水平方向空間軸線に沿って移動させる水平移動装置（２０）に取り付けられること、及び
・前記移動ユニット（１８）は、個別のステップで前記可動式製造ユニット（２４）を移動させる、及び／又は前記材料（１４）を固化するのと並行して前記可動式製造ユニット（２４）を移動させるように構成されていること、
のうちの少なくとも一つに従って構成されている、請求項１〜１２の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
前記装置（１０）は、以下の少なくとも一つの構成、すなわち、
・個々に割り当てられた更なる移動ユニット（１８）を含む更なる可動式製造ユニット（２４）であって、前記装置（１０）の複数の前記移動ユニット（１８）は互いに関係なく移動可能である、可動式製造ユニット（２４）と、
・更なるキャリア（１２）であって、好ましくは前記可動式製造ユニット（２４）が前記装置（１０）の両方のキャリア（１２）の上に配置可能である、キャリア（１２）と、
・少なくとも一つの後処理ユニットであって、前記キャリア（１２）及び／又は前記工作物から固化されていない材料（１４）を取り除くこと、製造された工作物からバリを取り除くこと、前記工作物から支持構造を取り外すこと、及び前記製造された工作物を前記キャリア（１２）から分離すること、のうちの少なくとも一つを行うように構成されている、後処理ユニット、
のうちの少なくとも一つをさらに備える、請求項１〜１３の何れか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
３次元の工作物を製造する方法であって、
・キャリア（１２）の上で前記工作物を製造するための材料（１４）を堆積するステップと、
・移動ユニット（１８）を介して可動式製造ユニット（２４）が前記キャリア（１２）に向かい合って配置されるように前記可動式製造ユニット（２４）を移動するステップであって、前記移動ユニット（１８）は概して、前記可動式製造ユニット（２４）が前記キャリア（１２）の様々な部分の上に配置されるように前記キャリア（１２）に対して前記可動式製造ユニット（２４）を移動するように構成されている、ステップと、
を含み、
前記可動式製造ユニット（２４）は、
・付加層製造方式で前記工作物を製造するために、固化された材料層（１５）を生成するように構成されている固化装置（３５、３７）と、
・前記キャリア（１２）へ材料を供給するように構成されている１つ以上の材料供給装置（３０）と、照射される領域へシールドガスを供給するように構成されているガス供給システム（４８）と、前記供給された材料（１４）を前記キャリア（１２）の上で材料層へと成形する層堆積機構（３２）と、
を備え、
前記方法は、さらに、
・前記可動式製造ユニット（２４）と前記キャリア（１２）の相対配置に関連するセンサ信号を生成するステップと、
・前記移動ユニット（１８）を介した前記可動式製造ユニット（２４）の位置決めに加えて、前記センサ信号に基づいて前記可動式製造ユニット（２４）と前記キャリア（１２）の所望の相対配置からのオフセットを補償するために１つ以上の微細位置決め機能を提供するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加層製造方式によって大きな３次元の工作物を製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加層形成（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒｉｎｇ）方式では、工作物は、固化され相互連結された一連の工作物の層を生成することで層ごとに製造される。こうしたプロセスは、原材料の種類、及び／又は工作物を製造するために上記原材料を固化する方法により区別することができる。
【０００３】
例えば、粉末床溶融結合法（ｐｏｗｄｅｒ  ｂｅｄ  ｆｕｓｉｏｎ）は、粉状の、特に金属及び／又はセラミックの原材料を複雑な形状の３次元の工作物へ加工することができる、一種の付加層形成プロセスである。そのために、原材料粉末の層（紛体層）がキャリアへ塗布されて、製造される工作物の所望の幾何学的形状に応じて位置選択的な方法でレーザー放射を受ける。紛体層を透過するレーザー放射により原材料粉末粒子が加熱され、その結果、溶融又は焼結が生じる。そして、さらに複数の原材料粉末の層が、工作物が所望の形状及び大きさを有するようになるまで、すでにレーザー処理を受けたキャリア上の層へ連続的に塗布される。選択的なレーザー溶融又はレーザー焼結は、ＣＡＤデータに基づいて特に試作品、工具、交換用部品、又は、例えば歯科補綴物や整形外科用人工器具などの医療用人工器官の製造に使用することができる。
【０００４】
その一方で、熱溶融積層方式（ｆｕｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）又は材料噴射方式（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｊｅｔｔｉｎｇ）は、異なる種類の付加層形成プロセスを表す。この場合、固化されていない原材料が、上記材料をキャリアへ堆積させる一種のプリントヘッドへ供給されて、キャリア上で固化する。
【０００５】
付加層製造方式の重要なパラメータは、製造された工作物の品質である。さらに、製造効率は、例えば製造サイクルを可能な限り短く維持するという意味で極めて重要である。例えば、単一の工作物層の製造を早めるための非常に多くの戦略が知られている。しかし、大きな工作物を製造する場合、既知のソリューションでは所望の効率及び／又は品質が常に実現されるわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、大きな工作物の付加層製造時の効率を、充分なレベルの品質を維持しながら向上させることである。
【０００７】
この目的は、請求項１で規定される装置及び請求項１５で規定される方法により対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
３次元の工作物を製造するための本発明に係る装置は、工作物を製造するための材料を受けるように構成されているキャリアを備える。
【０００９】
この装置を用いて実現される付加層形成プロセスの種類に応じて、材料は、例えば選択的レーザー溶融手順を行うための原材料粉末、又はキャリア上で固化する溶融材料とすることができる。
【００１０】
概して、キャリアは工作物がその中で製造される造形領域を規定することができる。キャリアは移動可能な（例えば垂直方向に移動可能な）キャリアでありうる。しかし、好ましくは、キャリアは垂直方向、及び／又は水平方向に固定されている。一実施形態では、キャリアの形状及び／又は外形は、例えば矩形ではないことで、工作物の外側の輪郭へ適合されている。また、キャリアは、例えばキャリアの底部構造へ着脱可能に接続することができる、及び／又は堆積された原材料粉末を直接受けるように構成することができる基板プレートを備えることができる。
【００１１】
一例では、装置全体、又は少なくともキャリア及び／若しくは後述される可動式製造ユニットを加工チャンバ内に配置することができる。上記加工チャンバは、制御された雰囲気、特に加工チャンバ内の不活性雰囲気を維持することができるように、周囲の雰囲気に対して、すなわち加工チャンバの周囲の環境に対して密閉可能とすることができる。それでも、内部に含まれるキャリアへアクセスできるように（後述される可動式製造ユニットを用いてキャリアへアクセスできるように）、加工チャンバは一方の側で開放可能であることも考えられる。
【００１２】
工作物を製造するための材料が原材料粉末である場合、上記粉末は好ましくは金属粉末、特に金属合金粉末であるが、セラミック粉末、プラスチック若しくは高分子粉末、又は様々な材料を含む粉末を有してもよい。粉末は任意の適切な粒径、又は任意の粒径分布であってもよい。ただし、粒径＜１００μｍの粉末を加工するのが望ましい。工作物を製造するための材料が溶融材料である場合、上記材料は上記の例のいずれかから選択されてもよく、好ましくはプラスチック又は高分子材料である。
【００１３】
装置は１つ以上の可動式製造ユニットをさらに備える。可動式製造ユニットは、一緒に移動可能な、及び／又は統合されたユニットであることを表す、多数の部品又は多数の構成要素から成るユニットとすることができる。一例では、可動式製造ユニットは、以下で詳しく述べる移動ユニットに連結され、この移動ユニットにより移動可能な、統合されたユニットである。
【００１４】
可動式製造ユニットは、付加層製造方式により工作物を製造するためにキャリア上に固化された材料層を作るように構成されている固化装置を備える。本開示の文脈において、反対である、又は明らかに適用されないと示されていない限りは、「キャリア上の」形成は、その表面に直接接触していることは必ずしも必要ではないが、キャリアの平面又は設置面積の中で起きている何かを指すものと理解することができる。別の表現をすれば、これは直接的又は間接的にキャリアにより支持されている何かに関連することがある。例えば、固化装置を用いて「キャリア上に」固化された材料層を作るのに、作られる材料層とキャリアが直接接触することは必ずしも必要ではないことがある。むしろ、キャリアの上にすでに存在する層の上にそのような層を作ることにも関連することがあり、つまり作られる層はキャリアにより間接的に支持されている。
【００１５】
以下でさらに詳しく述べるように、固化装置は、照射装置又は材料を堆積させるプリントヘッドの形を取ることがある。後者の場合、固化装置は、固化される材料層がキャリア上の所定の場所で固化するように溶融材料を堆積させることで固化される材料層を作り、これにより固化された材料の層が作られる。
【００１６】
可動式製造ユニットは、材料をキャリア及び／又は固化装置へ供給するように構成されている材料供給装置をさらに備えることができる。固化装置が照射装置（例えば選択的レーザー溶融プロセスを実行する装置）を備える場合、材料供給装置は原材料粉末をキャリアへ直接供給することができて、原材料粉末にはその後照射装置を用いて照射することができる。固化装置が溶融材料プリントヘッド（例えば材料噴射プロセスを実行する装置）を備える場合、材料供給装置は材料を固化装置のプリントヘッドへ供給することができる。
【００１７】
さらに、又はあるいは、可動式製造ユニットは、シールドガスをキャリア及び／又は照射される領域へ供給するように構成されているガス供給システムをさらに備えることができる。概して、シールドガスは現在固化されている最上部の材料層へ送られる、及び／又は最上部の材料層に沿って送られることがある。シールドガスは、固化される材料と周囲雰囲気の間の望ましくない反応を防ぐために適切な保護ガス又は不活性ガスの形で与えられることがある。
【００１８】
ガス供給システムはキャリアと対面する可動式製造ユニットの一部へ開口するガス排出口を備えることができる。また、ガス供給システムは、例えば保護ガス回路を装置内に実現するために可動式製造ユニット及び／又はキャリアからガスを取り除くためのガス注入口をさらに備えることができる。ガス供給システムは、シールドガスをキャリアへ供給するための、コンプレッサのようなガス流生成装置へ接続することができる。
【００１９】
そして、可動式製造ユニットは、さらに、又はあるいは、供給された材料をキャリアの上で（又はキャリア上にすでに堆積されている材料層の上で）材料層へ成形するための層堆積機構を備えることができる。層堆積機構は、可動式製造ユニットがキャリア全域にわたって移動するのと同時に、及び／又はそれとは無関係に移動可能である、摺動部又は刃の形を取ることができる。工作物を製造するための材料が原材料粉末である場合、層堆積機構は、原材料粉末を選択的に固化する前、及び／又は後に、上記粉末で略平坦な層が確実に形成されるようにすることができる。同様に、材料が溶融材料である場合、層堆積機構は溶融材料が堆積された後に結果として生じる固化された工作物層の表面を確実に平坦にすることができる。
【００２０】
装置は、可動式製造ユニットがキャリアの様々な部分に向かい合って配置されるように、可動式製造ユニットをキャリアに対して移動させるように構成されている移動ユニットをさらに備える。一例では、キャリアは概して空間内で水平に配置され、移動ユニットは可動式製造ユニットをキャリアの様々な部分の上へ、つまりキャリアと向かいあって配置されてキャリアと対面するように移動させる。
【００２１】
装置は、可動式製造ユニットとキャリアの相対配置に関連するセンサ信号を生成するように構成されている検出ユニットをさらに備える。検出ユニットは、それぞれのセンサ信号を生成する１つ以上の適切なセンサ、例えば光学式センサを備えることができる。検出ユニットは、生成されたセンサ信号を装置の制御ユニットへ送るために制御ユニットに接続する、又は接続可能とすることができる。検出ユニットは、少なくとも部分的に可動式製造ユニット又はその周囲、例えばキャリアと対面する装置の天井領域に設置することができる。相対配置は、特に水平方向の空間平面内の相対配置に関連することがある、及び／又は、可動式製造ユニットがキャリアの所定の部分の上に正確に配置されているかどうかを示すことがある。さらに、又はあるいは、相対配置は可動式製造ユニットとキャリアの間の所定の距離、あるいは別の表現をすれば、可動式製造ユニットとキャリアの垂直方向空間軸線に沿った相対配置に関連することがある。
【００２２】
装置は、移動ユニットを介した可動式製造ユニットの位置決めに加えて、検出ユニットにより生成されるセンサ信号に基づいた可動式製造ユニットとキャリアの所望の相対配置からのオフセットを補償するために１つ以上の微細位置決め機能を提供するように構成されている制御ユニットをさらに備える。微細位置決め機能は、例えば上記移動ユニットとは無関係に動作する作動機構を利用することで、移動ユニットを介した第１の大まかな位置決めとは無関係に与えることができる、及び／又は作動させることができる。さらに、又はあるいは、微細位置決め機能は、移動ユニットを用いて（例えば第１の大まかな）位置決めが完了して検出ユニットが結果として生じる相対配置に関してセンサ信号を生成した後に与えることができる、及び／又は作動させることができる。別の表現をすれば、微細位置決め機能は、移動ユニットを介した可動式製造ユニットの第１の大まかな位置決めの後に、及び／又は第１の大まかな位置決めに応じて、与えることができる。
【００２３】
さらに、上記センサ信号に基づいて、所望の相対配置からのオフセットを判定することができる。所望の相対配置からのオフセットが例えば制御ユニットを用いて、及び／又は上記センサ信号に基づいて検出された場合、微細位置決め機能は、上記オフセットを補償するために与えることができる、及び／又は作動させることができる。
【００２４】
さらに、又はあるいは、微細位置決め機能は、例えば可動式製造ユニットの位置を連続的に調整するために、例えば可動式製造ユニットをキャリア全域にわたって移動させる場合に、略連続的に与えることができる。別の表現をすれば、微細位置決め機能は、可動式製造ユニットが確実に正しく位置決めされるようにするために、フィードバック制御機構を略連続的に動作させることができる。
【００２５】
要するに、移動ユニットは可動式製造ユニットを大まかに位置決めできるようにし、一方で、微細位置決め機能は、特に検出ユニットを用いて検出されている残りのオフセットに応じて可動式製造ユニットの微細な位置決めができるようにする。そうすることで、本発明に係る装置によって、可動式製造ユニットをキャリアの所定の部分の上で確実に非常に正確に位置決めすることができる。
【００２６】
更なる実施形態によれば、原材料を受けるキャリアの面積は、移動ユニットによって移動させることなしに可動式製造ユニットによって固化することができる面積よりも大きい。言い換えれば、移動ユニット、したがって可動式製造ユニットを固定位置に保つ場合、上記固定位置で固化することができる面積は、キャリアの全面積よりも小さくなりうる。したがって、キャリアの全面積にわたって材料を固化するために、移動ユニットを用いて可動式製造ユニットを移動させることが必要になりうる。
【００２７】
本実施形態は、特に大きな工作物を製造するのに利用できることに留意されたい。そのような場合、移動させることなしにキャリアの全面にわたって材料を固化することができるそれぞれ大きな固化装置を提供することは、全体のコストを過度に増加させかねない。言い換えれば、より小さな固化装置を提供して、移動ユニットを用いてこの固化装置をキャリアの様々な部分にわたって移動させる方がより安価となりうる。
【００２８】
一例では、固化装置は、キャリアへ塗布される材料の所定の場所に選択的に電磁放射線又は粒子放射線を照射する照射装置を備える。すでに述べたように、この場合材料は原材料粉末の形で与えることができる、及び／又は、付加層形成製造方式は選択的レーザー溶融をベースにすることができる。
【００２９】
概して、照射装置は、３次元の工作物の層を生成するため、照射することで（例えば原材料粉末の形の）材料を位置選択的に焼結及び／又は溶融させることができる特定の温度まで原材料粉末を加熱するように構成することができる。装置は、照射装置が工作物層の一部分の製造を完了した後に、一般に知られている方法で、原材料の更なる層又はその一部分をキャリア、具体的には工作物層の作られたばかりの部分の上へ追加することで周期的プロセスを実行するように構成することができる。その後、照射装置は以前の工作物層の上に更なる工作物層を作るために、再び位置選択的な照射を行うことができる。これは工作物が完成するまで繰り返すことができる。
【００３０】
照射装置は、レーザー光源などの焼結／溶融放射線源及び、焼結／溶融放射線源により放射される焼結／溶融放射線ビームを誘導及び／又は処理する、１つ以上の光学ユニットを備えることができる。光学ユニットは、対物レンズ、特にｆ−θレンズなどの光学部品及びスキャナユニットを備えることができて、スキャナユニットは回折光学素子及び偏光ミラーを備えることができる。
【００３１】
照射装置は、ただ１つの照射ユニット、又は、原材料粉末を位置選択的に焼結及び／又は溶融することを可能とする電磁放射線又は粒子放射線を焼結／溶融放射線放射面から放射するようにそれぞれ構成されている複数の照射ユニットを備えることができる。一例では、照射装置は、格子又はマトリクス型のパターンに配置されている多数の照射ユニットを備え、照射ユニットは、例えばレーザーＬＥＤ又はいわゆるＶＣＳＥＬの形を取る。照射ユニットは可動式製造ユニット内に固定することができる、及び／又は、例えば可動式製造ユニット内の直線軸に沿って移動可能とすることができる。別の実施形態では、固化装置はキャリア上の所定の場所で固化するように材料を堆積させるように構成されているプリントヘッドを備える。すでに述べたように、この場合、プリントヘッドにより堆積される材料は少なくとも一時的に固化されていない状態又は溶融状態になることがある。また、付加層製造方式は熱溶融積層原理又は材料噴射原理をベースにすることができる。
【００３２】
微細位置決め機能は、可動式製造ユニット及び／又はその選択された構成要素とキャリアの間の相対位置を、例えば移動ユニットと可動式製造ユニットの間に配置される作動ユニットを用いて調整することができる。繰り返すが、調整は検出ユニットによって与えられるセンサ信号に基づいて、又はセンサ信号に従って行うことができる。概して、調整は、固化される材料が例えばオプションのプリントヘッド又は照射装置の位置を調整することでキャリア上の所望の場所で確実に作られるように選択することができる。
【００３３】
移動ユニットと可動式製造ユニットの間に配置される、同様にオプションの作動ユニットを、例えば移動ユニットに対して可動式製造ユニットを移動させるように構成されている三次元移動機構の形で与えることができる。したがって、大まかな位置決めは移動ユニットを用いて実現することができて、微細な位置決めは作動ユニットを用いて行うことができる。
【００３４】
一例では、キャリアと可動式製造ユニットの間の相対位置は、可動式製造ユニットをキャリアに対して直交方向に移動させることで調整される。言い換えれば、移動ユニットとキャリアの間の距離は、好ましくは垂直方向軸に沿って調整することができる。これは、例えばキャリアの所定の部分の上での可動式製造ユニットの位置決めが完了した後に、移動ユニットを用いて行うことができる。
【００３５】
更なる実施形態では、微細位置決め機能は、照射装置の１つ以上の構成要素の状態及び／又は位置を調整することを含む。言い換えれば、照射装置は、省略された放射線ビームの向き及び／又は延長線を調整するように、それによって可動式製造ユニットとキャリア及び／又は最上部の層若しくは関連する層の一部分との間の望ましくないオフセットを補償するように、制御することができる。これは、例えば照射装置の走査ユニット又はミラーの位置又は向きをオフセットに応じて調整することで実現できる。一例では、微細位置決め機能は、照射装置のオプションのスキャナなどの光学素子である、１つ以上の構成要素の校正を行うことを含む。
【００３６】
さらに、又はあるいは、オフセットの補償は、概して移動ユニット、前述のオプションの作動ユニット、及び／又は後述される水平移動装置を作動させることで実現することができる。照射装置を適合させることを含むこれらの後者のオフセット補償機構は、反対であると示されていない限り、概して本発明のすべての実施形態に適用可能であることに留意されたい。
【００３７】
更なる例によれば、微細位置決め機能は、例えば材料の照射された部分と照射されていない部分の間の移行区域を特定することで、照射開始点を特定することを含む。これは、可動式製造ユニットが所定の部分に照射を行って移動ユニットによってキャリアの隣接する部分へ移動された後に関連することがある。この場合、キャリア上の材料のすでに照射された部分から始めて、及び／又はすでに照射された部分を参照することで、照射が継続されるべきである。したがって、移動ユニットを用いて可動式製造ユニットを大まかに位置決めした後、微細位置決め機能によって、照射が確実に正しい照射開始点から始まるように更なる調整をもたらすことができる。
【００３８】
繰り返すが、これは可動式製造ユニット及び／又はその選択された構成要素の位置を調整する、又は照射装置を適切に調整することにより実現することができる。また、正しい照射開始点は、適切なセンサ（例えば、画像処理能力を持つカメラ）を用いて、及び／又は所定の照射場所に関するデータセットを分析することで、特定することができる。別の表現をすれば、正しい照射開始点は測定することができる、及び／又は計算することができる。隣接する部分の間に重複する照射を実現できることに留意されたい。このためには、所望の照射重複を作り出すために所定の照射開始点を特定することが再び必要となりうる。
【００３９】
更なる展開では、検出ユニットは、可動式製造ユニットとキャリア及び／又はその上に堆積された最上部の材料層との間の距離を測定するように構成されている距離センサを含む。このようにして、可動式製造ユニットとキャリアの、キャリアに対して直角に延びる軸線に対する相対配置を検出することができる、つまり距離センサが上記相対配置に関連するそれぞれのセンサ信号を生成する。その結果、制御ユニットは、例えば可動式製造ユニットを垂直方向空間軸線に沿ってキャリアへ向かって、又はキャリアから離れるように移動させることで、距離を調整することができる。
【００４０】
概して、距離センサは光学式センサとして構成することができる。一例では、距離センサはキャリアと対面するように可動式製造ユニットに配置される。これにより、距離測定の正確さを向上させるのを助けることができる。
【００４１】
更なる実施形態によれば、検出ユニットは、キャリアと平行に延びる平面の中での可動式製造ユニットの位置を測定するように構成されているセンサシステムを含む。これにより、可動式製造ユニットをキャリアの所定の部分の上に確実に配置するのを助けることができる。さらに、可動式製造ユニットの上記部分からの垂直方向距離は、先に示されたように調整することができる。概して、センサシステムにより生成される信号は、可動式製造ユニットとキャリアの（例えば水平方向の）相対配置を示すことができて、それらの間のそれぞれのオフセットを補償するために制御ユニットにより使用することができる。
【００４２】
これに関連して、センサシステムは１つ以上のマーカー及びマーカーの位置を検出するように構成されている１つ以上のセンサを含むことができて、任意選択で、マーカーとセンサのうちの一方は可動式製造ユニットに配置され、マーカーとセンサのうちの他方は可動式製造ユニットから遠隔に配置される。センサは、光学的検出及び／又は電磁的検出に基づいてマーカーの位置を検出することができる。マーカーの位置は、制御ユニットにより微細位置決め機能を実現するのに使用される相対配置に関連するセンサ信号を表すことができる。マーカー及びセンサのそれぞれを可動式製造ユニットから遠隔に配置するため、装置の天井領域、又は好ましくはキャリアに対面するその周囲を使用することができる（つまり、マーカー又はセンサはその場所に配置される）。その一方で、センサ又はマーカーを可動式製造ユニットに配置するため、例えば移動ユニットが可動式製造ユニットと接続する場所の近く又は隣接する上側部分などの、上記天井領域に対面する位置を利用することができる。
【００４３】
距離及び水平方向の配置を測定するために、検出ユニットは概して同じセンサ及び／又は共有されるセンサ（例えば、上述のセンサシステムの一部を成す距離センサ）を使用することができることに留意されたい。
【００４４】
更なる変形では、移動ユニットは以下のうちの１つ以上に従って構成される。
・移動ユニットは１つ以上のマニピュレータ、例えば多軸ロボットを備える、
・移動ユニットは、移動ユニットを１つ以上の水平方向空間軸線に沿って移動させる水平移動装置に取り付けられる、及び
・移動ユニット及び／又は水平移動装置は、個別のステップで可動式製造ユニットを移動させる、及び／又は材料を固化するのと並行して可動式製造ユニットを移動させるように、構成されている。
【００４５】
多軸ロボットは、開放的運動連鎖を規定するように軸が配置された標準的工業用ロボットのような６軸ロボットとすることができる。概して、移動ユニットは、キャリアから離間されている、及び／又はキャリアに対してある角度（例えば９０°の角度）で延びる領域又は平面に設置することができる。これにより、固化される材料へのアクセスの容易さを、例えば床に設置された移動ユニットと比べて改善することができる。
【００４６】
水平移動装置は、任意選択で天井又は床に設置することができる１つ以上の水平方向軸を備えることができる。移動ユニットは、台座部分又は土台部分を介して上記水平方向軸に接続することができる。あるいは、移動装置は例えば移動ユニットを装置の床領域上の様々な位置へ自由に移動させるために、無人の駆動システムを備えることができる。概して、水平移動装置は、確実に正確な位置決めを行うため、及び、例えば望ましくない振動を防ぐために、制御システム（好ましくはフィードバック制御システム）を含むことができる。これは、可動式製造ユニットの移動と並行して固化を行う場合に特に関連性がありうる。
【００４７】
工作物の製造を計画する場合、移動ユニット及び／又はオプションの水平移動装置を介して得られる任意の更なる自由度は、例えば装置の制御ユニットなどによる、それぞれの制御パラメータとみなすことができる。
【００４８】
個別のステップにおける、可動式製造ユニット及び／又は水平移動装置の移動は、キャリアの所定の部分にある材料の固化が完了した後に、例えば固化される次の部分へ移動するために行われることがある。その一方で、（照射により）固化を行うのと並行して、連続的に、及び／又は所定の速度で移動を行うことができる。
【００４９】
更なる変形によれば、装置は以下のうちの１つ以上をさらに備える。
・個々に割り当てられた更なる移動ユニットを含む更なる可動式製造ユニットであって、装置の複数の移動ユニットは互いに関係なく移動可能である、可動式製造ユニット、
・更なるキャリアであって、好ましくは可動式製造ユニットが装置の両方のキャリアの上に配置可能である、キャリア、
・１つ以上の後処理ユニットであって、キャリア及び／又は工作物から固化されていない材料を取り除くこと、製造された工作物からバリを取り除くこと、工作物から支持構造を取り外すこと、及び製造された工作物をキャリアから分離すること、のうち１つ以上を行うように構成されている後処理ユニット。
【００５０】
したがって、装置は、可動式製造ユニット及び移動ユニットから構成される第１システムと、それぞれ更なる可動式製造ユニット及び更なる移動ユニットから構成される第２システムを備えることができる。これらのシステムは、これらの可動式製造ユニットがキャリアの異なる部分の上に配置されて、上記異なる部分を同時に固化することができるように、個別に動作可能である。
【００５１】
更なるキャリアを与えることで、複数のキャリアの上で生成された数個の工作物の製造が実現できる。そのため、可動式製造ユニットは、上記複数のキャリアの上に配置されたそれぞれの材料部分を固化するために上記キャリアの間を行ったり来たりさせて移動させることができる。ただ１つのキャリアが与えられた場合も、数個の工作物（すなわち、上記単一のキャリア上の数個の工作物）を製造することは概して可能であることに留意されたい。その一方で、数個のキャリアを使用する場合、製造可能な工作物の総数は、概して増やすことができる。
【００５２】
後処理ユニットは、固化されていない材料を取り除くための送風機や掃除用具、バリを取り除くための研磨機、又は工作物をキャリアから（及び／又は、上記キャリアに含まれる基板プレートから）分離するための切削工具などの適切な道具を含むことができる。また、後処理ユニットは、概して工作物に加熱仕上げ処理を行うように構成することができて、そのために任意選択でそれぞれの加熱用道具を備えることができる。後処理ユニットは、多軸ロボットなどの、個々に割り当てられた移動ユニットを用いて移動させることができる。一例では、異なる工具及び／又は後処理作業１つに対して１つの移動ユニットが与えられる。
【００５３】
概して、工作物が製造される材料などの任意の媒体、シールドガス、又は同種のものを専用の配線、パイプ、又は管を用いて与えることができる。これらのものは好ましくは移動ユニットに固設され、移動ユニットに沿って可動式製造ユニットに向かって案内される。さらに、又はあるいは、サービスロボットなどのサービス装置を利用することができる。サービス装置には、必要な場合に可動式製造ユニット及び／又はその移動ユニットへ与えることができる（例えば、それぞれの材料又はシールドガス用の）媒体貯蔵容器を含むことができる。さらに、又はあるいは、可動式製造ユニット及び／又はその移動ユニットは、例えばそれぞれのガス又は材料の貯蔵容器を補充するための補給所に接続することができる。
【００５４】
本発明はさらに、３次元の工作物を製造する方法に関し、この方法は、
・キャリア上で工作物を製造するための材料を堆積させるステップと、
・移動ユニットを介して可動式製造ユニットがキャリアに向かい合って配置されるように可動式製造ユニットを移動させるステップであって、移動ユニットは概して、可動式製造ユニットがキャリアの様々な部分の上に配置されるようにキャリアに対して可動式製造ユニットを移動させるように構成されている、移動させるステップと、
を含み、
可動式製造ユニットは、
・付加層製造方式で工作物を製造するために、固化された材料層を生成するように構成されている固化装置と、
・キャリアへ材料を供給するように構成されている１つ以上の材料供給装置、照射される領域へシールドガスを供給するように構成されているガス供給ユニット、及び、供給された材料をキャリア上で材料層へと成形する層堆積機構と、
を備え、
方法はさらに、
・可動式製造ユニットとキャリア及び／又は最上部の層若しくはこの層の一部分の相対配置に関連するセンサ信号を生成するステップと、
・移動ユニットを介した可動式製造ユニットの位置決めに加えて、センサ信号に基づいて可動式製造ユニットとキャリアの所望の相対配置からのオフセットを補償するために１つ以上の微細位置決め機能を提供するステップと、
を含む。
【００５５】
方法には、前述の、又は後述される動作状態、効果、機能、及び／又は相互作用のいずれかを与える任意の更なるステップを加えてもよい。これは特に、上述された、又は後述される方法で可動式製造ユニットを移動させる専用のステップ、又は、上述された、又は後述されるパラメータ（例えば位置や距離）のいずれかを検出する専用のステップに関連する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
本発明の望ましい実施形態が、添付の概略図を参照して以下で非常に詳細に説明される。
【図１】複数の可動式製造ユニット及び関連する移動ユニットを備える、本発明に係る装置の平面図を示す。
【図２】可動式製造ユニットの位置の検出を示すための、図１に記載の装置の部分側面図を示す。
【図３】図１に記載の可動式製造ユニットの詳細図を示す。
【図４ａ】図１に記載の装置で使用可能な可動式製造ユニットの別の実施形態を示す。
【図４ｂ】図１に記載の装置で使用可能な可動式製造ユニットの別の実施形態を示す。
【図４ｃ】図１に記載の装置で使用可能な可動式製造ユニットの別の実施形態を示す。
【図４ｄ】図１に記載の装置で使用可能な可動式製造ユニットの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１では、本発明の実施形態に係る装置１０の平面図が示されている。装置１０は、選択的レーザー溶融方式により三次元の大きな工作物を製造する、付加層製造方式を行うように構成されている。工作物は、例えば水平方向の空間平面内で１メートル超、２メートル超、又は３メートル超の最大長さを有しうる。
【００５８】
装置１０は、矩形ではない形状を有するキャリア１２を備える。平面図より明らかなように、どちらかといえば、キャリア１２は、工作物を製造するための原材料粉末の形の材料１４が堆積される略Ｃ字形の平面を規定する。以下で詳しく述べるように、上記材料１４から、キャリア１２と類似したＣ字形の形状又はＣ字状の輪郭を有する工作物１６が製造される。
【００５９】
装置１０は、６軸工業用ロボットの形態である２つの別の移動ユニット１８をさらに備える。各移動ユニット１８は、無人の水平移動装置２０に取り付けられる。上記移動装置２０により、移動ユニット１８を装置１０の床領域内の異なる位置に位置決めすることができる。水平移動装置２０により与えられる自由度が図１の各座標系２２により示されている。
【００６０】
移動装置２０を介したそれぞれの位置決めは、新しい種類の工作物の製造より前に、及び／又は製造中に、新しい種類の工作物に応じて行うことができる。さらに、又はあるいは、移動ユニット１８は単一の工作物の製造中に水平移動装置２０を用いて移動させることができて、それにより移動装置２０は、後述される可動式製造ユニット２４の作業空間を動的に拡大することができる。あるいは、移動ユニット１８は装置１０の床領域に固定配置することができて、正確な位置は製造される工作物に応じて、例えば新しい種類の工作物の製造の開始よりも前に、調整することができる。
【００６１】
各移動ユニット１８には可動式製造ユニット２４が取り付けられている。以下で詳しく述べるように、上記可動式製造ユニット２４を用いて、工作物１６を層ごとに製造するために、原材料粉末１４を位置選択的な方法で固化することができる。可動式製造ユニット２４は、キャリア１２の異なる所定の部分に対面するように、移動ユニット１８及び／又は水平移動装置２０によって移動させることができる。移動ユニット１８の手首軸により与えられる１つの取り得る回転自由度が、図１で可動式製造ユニット２４のそれぞれに対する各矢印２６で示されている。
【００６２】
さらに、キャリア１２に背を向けている可動式製造ユニット２４の上側におけるマーカー２８（及び／又はセンサ４６、以下参照）の位置が図１に示されている。可動式製造ユニット２４のそれぞれはそのようなマーカー２８を４つ備えるが、そのすべてがそれぞれ図１で参照符号を与えられているわけではない。マーカー２８の機能については、更なる図を参照して以下で述べる。
【００６３】
装置１０の動作において、可動式製造ユニット２４は、キャリア１２の上に堆積された原材料粉末１４の最上部の層を位置選択的に（局所的に）固化するために、キャリア１２全域にわたって動かされる。以下で詳しく述べるように、原材料粉末１４の上記最上部の層の成形は、上記移動と並行して行うことができる、つまり、可動式製造ユニット２４は上記層の一部分を堆積させて、位置選択的な方法で速やかに固化される。
【００６４】
概して、可動式製造ユニット２４の移動は、例えば最上部の原材料紛体層１４の堆積及び／又は（局所的に）位置選択的な固化が完了するまでキャリア１２の上で略固定位置を保つことで、個別の方法で行うことができる。その後、可動式製造ユニット２４がその上に配置される、好ましくは互いに重なり合うキャリア１２の上の隣接する部分に向かって、個別に移動を行うことができる。また、これには重複した照射、及び／又は、キャリア１２のすでに処理済みの部分の中ですでに照射を受けた材料１４を基にして照射開始点を特定することも含むことができる。
【００６５】
あるいは、可動式製造ユニット２４の略連続的な移動は、好ましくは一定の所定の速度で行うことができる。この場合、最上部に原材料紛体層１４を堆積させること、及び／又は位置選択的に最上部の原材料紛体層１４を固化することは、可動式製造ユニット２４の移動と並行して行うことができる。
【００６６】
もちろん、可動式製造ユニット２４を個別に、異なる戦略に従って（例えば１つは離散的に、１つは連続的に）移動させることも考えられる。また、可動式製造ユニット２４のそれぞれの移動戦略は、例えば、現在製造されている工作物層に従って、又は可動式製造ユニット２４が現在対面しているキャリア１２の部分に応じて、柔軟に変更することができる。
【００６７】
以下では図３を参照し、可動式製造ユニット２４のうちの１つを用いて新しい最上部の原材料紛体層を成形することについて述べる。矢印Ｍで示されるように、可動式製造ユニット２４は、部分的にのみ示された移動ユニット１８を用いてキャリア１２全域にわたって動かされる。この移動は、概して、水平方向へキャリア１２と平行に、キャリア１２から等距離で行われる。上記移動の間、原材料粉末１４はすでに照射を受けた、より下側の原材料紛体層へ堆積されて、上記堆積された原材料粉末１４がキャリア１２の上の新しい最上部の層を形成する。
【００６８】
原材料粉末の堆積は、真空力を用いて原材料粉末１４を移動ユニット１８及び可動式製造ユニット２４に取り付けられた、描写されていない供給管から吸引する材料供給装置３０を用いて実現される。材料供給装置３０は、上記原材料粉末１４をキャリア１２へ向かってさらに移動させる。さらに、刃状要素３２が層堆積機構として機能し、矢印Ｍに一致する移動に従って、原材料粉末１４を平坦な最上部の新しい紛体層へと成形する。
【００６９】
可動式製造ユニット２４は、位置選択的に固化させるレーザー光４１を放射する、一般に知られている構成のレーザー照射装置の形態である固化装置３４をさらに備える。このようにして、原材料粉末１４は選択的なレーザー溶融を行う方法で固化される。
【００７０】
図３では、可動式製造ユニット２４は、材料供給装置３０及び層堆積機構３２が移動方向Ｍの向きに見た場合に照射装置３４の前に配置されるような向きに置かれていることに留意されたい。したがって、新しい最上部の原材料紛体層の堆積された部分は、可動式製造ユニット２４をキャリア１２全域にわたって移動させながら、照射装置３４を用いて速やかに照射することができる。
【００７１】
概して、可動式製造ユニット２４がキャリア１２に面する内部空間３６を閉じ込める中空部材として形成されていることが図３からわかる。上記内部空間３６の中に、照射装置２４及び層堆積機構３２、並びに材料供給装置３０の一部が配置される。図２において、そして図３及び図４ａ〜４ｄのそれぞれにおいて、可動式製造ユニット２４はその内部構成要素を見せるために開放された側面を有するものとして描写されていることに留意されたい。しかし通常は、それぞれの場合において、可動式製造ユニット２４は５つの面が閉じられていて、キャリア１２に対面する下面のみが開放されていると考えられる。
【００７２】
図１に戻ると、可動式製造ユニット２４の移動に応じて、多数の層をキャリア１２の上に異なる高さで成形できることが明白である。例えば、基層ｎがキャリア１２の上に存在することがあり、一方で可動式製造ユニット２４のうちの１つが次のｎ＋１層を堆積させて、少なくとも局所的に最上部のｎ＋１層に照射し、他の可動式製造ユニット２４はｎ＋２層を堆積させて最上部のｎ＋２層全体に照射する。この文脈では、可動式製造ユニット２４の移動は、ｎ＋２層を堆積させる可動式製造ユニット２４が、他の可動式製造ユニット２４がｎ＋１層の堆積をすでに完了した部分へ動かされるだけとなるような方法で調整される必要がある。しかし、ｎ＋２層の堆積を開始するためには、キャリア１２の全体にわたってｎ＋１層がすでに形成されている必要はないことに留意されたい。
【００７３】
その一方で、複数の可動式製造ユニット２４がキャリア１２の上に異なる種類の材料を堆積させる（いわゆる複数材料堆積）ことも考えられる。この場合、各領域が個別の材料で形成されている多数の領域から構成される工作物を製造することができる。
【００７４】
上記のことを考慮すると、可動式製造ユニット２４は移動ユニット１８を用いて主にキャリア１２に対して配置されることが明らかである。別の表現をすれば、移動ユニット１８は、可動式製造ユニット２４をキャリア１２に対して配置するために大まかな位置決め機能を実行する。
【００７５】
しかし、描写されている実施形態は、可動式製造ユニット２４をキャリア１２に対してさらに正確に位置決めするための微細位置決め機能をさらに含む。このようにして、位置選択的な照射及び／又は材料堆積がより確実に実際に意図したように行われることが保証される。これについては図２を参照してさらに述べる。
【００７６】
図２では、装置１０の側面図が示されており、移動ユニット１８のうち、可動式製造ユニット２４を運んでいる１つだけが見えている。繰り返すが、可動式製造ユニット２４は各軸線（例えば図２に示される曲線状の矢印）を形成する多数の結合部１９を備える６軸工業用ロボットとして構成されていることがわかる。また、装置１０の床領域全域にわたって移動ユニット１８を移動させる水平移動装置２０が示されている。可動式製造ユニット２４に関して、図３によるその詳細のすべてが含まれているわけではないことに留意されたい。概して、図３は材料をキャリア１２へ直接堆積させる可動式製造ユニット２４のオプションの実施形態を描写しているに過ぎない。図２の図と同様に、可動式製造ユニット２４はそれぞれ粉末堆積機構を含まないこともありうる。
【００７７】
さらに、多数のすでに固化された工作物層１５がその上に与えられているキャリア１２の断面が描写されている。これらの工作物層は、固まっていない原材料粉末１４の各層により取り囲まれている。キャリア１２の外側端部に沿って、オプションの側壁３８が配置されている（注：図１では具体的に描写されていない）。これらの側壁３８は、工作物層１５により形成された工作物の増加していく造形高さ（ｂｕｉｌｄ  ｈｅｉｇｈｔ）、固まっていない原材料粉末１４、及びシールドガスが確実にキャリア１２の面積内に留まるようにする。図２では、側壁３８はそれぞれ３つの異なる部分を含む。これらの部分３８は増加していく造形高さで積み重ねられて、結果として生じる側壁構造物の全高を大きくすることができる。増加していく造形高さに反応して側壁３８を移動させられることが図２では矢印４０により示されている。
【００７８】
また、図示されていない複数のシールドガス供給ノズルを与えることができて、例えば矢印４０の先端の近くとすることで、キャリア１２の端部に均等に配置することができる（注：図１では具体的に描写されていない）。これらのシールドガス供給ノズルは、工作物層１５及び原材料粉末１４を包含するキャリア１２の上の空間が確実にシールドガスで満たされるような方法で、キャリア１２の端部に沿って分散させることができる。可動式製造ユニット２４から遠隔に配置され、シールドガスをキャリア１２の上の空間（キャリア１２、粉末１４、及び／又は工作物層１５を含む）へ供給するシールドガス供給システムの態様は、現在論じられている実施形態に限定されない本発明の一般的態様を表していることに留意されたい。
【００７９】
オプションの側壁３８が含まれない場合、本発明では代わりに円すい形の破片である材料１４をキャリア１２の上に堆積させることを考慮する。この文脈では、装置１０が配置される作業室すべてをカバーすることさえできる固定配置されたガス供給システムによってシールドガスを与えることができる。この場合、装置１０に対する適切なアクセス及び／又は遠隔制御手段を、ガスで満たされた作業室の安全な操作性を保証するために与えることができる。
【００８０】
前述したように、第１の大まかな位置決めの最中に、移動ユニット１８は、可動式製造ユニット２４をキャリア１２の所定の部分と対面するように配置する。中に堆積された原材料１４を実際に固化する前に、装置１０の描写されていない制御ユニットが微細位置決め機能を作動させる。示されている実施形態では、上記微細位置決め機能は、キャリア１２に対して垂直方向及び水平面内での移動ユニット１８を介した第１の大まかな位置決めとは無関係に、とりわけ可動式製造ユニット２４の位置決めを含む。
【００８１】
そのために、装置１０は、以下で示されるような専用のセンサをそれぞれ含む複数の検出ユニットを備える。
【００８２】
例えば、垂直方向での微細位置決めのために、距離センサ４２が可動式製造ユニット２４の内部空間３６の中に配置されて、キャリア１２と対面する。距離センサ４２は、例えば光干渉断層計を利用して可動式製造ユニット２４及び／又は照射装置３４のキャリア１２及び／又はその上に配置される材料１４若しくは工作物層１５への距離を検出することができる。距離が所望の設定値と一致しない、つまり所望の垂直方向相対配置からのオフセットが存在することが検出された場合、可動式製造ユニット２４の垂直位置はそれに応じて調整することができる。この調整は、移動ユニット１８と可動式製造ユニット２４の間に配置される、描写されていない更なる作動ユニットによって、及び／又は移動ユニット１８によって、そのように行うことができる。加えて、照射装置３４の構成要素の状態及び／又は位置はそれに応じて調整される。言い換えると、検出された不正確な相対配置に応じて、移動ユニット１８とは別に作動手段を、設定されたオフセットを補償するために作動させることができるということを実施形態は考慮している。作動手段は、例えば照射装置３４が備えることができる。
【００８３】
また、可動式製造ユニット２４は、例えばキャリア１２の上のすでに照射を受けた材料部分の終点を特定することで、照射開始点を特定する、更なる描写されていない検出ユニットを備えることができる。上記照射開始点が、例えば装置１０の処理プログラムで規定される予想された開始点と一致しない場合、可動式製造ユニット２４の位置及び／又は照射装置３４の設定は、それに応じて上述された方法で調整することができる。この照射開始点の特定は、装置１０を用いて与えることができる、更なるオプションの微細位置決め機能を表す。
【００８４】
そして、装置１０は、キャリア１２の上の可動式製造ユニット２４の水平位置（すなわち、水平に延びる、キャリア１２と平行な平面における可動式製造ユニット２４の位置）を特定する、更なる検出ユニットを備える。この場合、複数のマーカー２８が、装置１０の天井領域４４に対面する可動式製造ユニット２４の上部又は上面に配置される。図１から推測されるように、可動式製造ユニット２４の上面の角１つに対して１つの、全部で４つのマーカー２８が与えられる。天井領域４４に、キャリア１２に対面してマーカー２８の位置を検出する複数のセンサ４６が与えられる。センサ４６とマーカー２８が一体となって、可動式製造ユニット２４の水平位置及び／又は垂直位置を検出するセンサシステムを形成する。マーカー２８及びセンサ４６の配置を反対にする、つまり、マーカー２８を天井領域４４に配置して、センサ４６を可動式製造ユニット２４の上に配置することも可能であることに留意されたい。さらに、マーカー２８及びセンサ４６の一部が天井領域に配置されて、それぞれの残りのものが可動式製造ユニット２４の上に配置される、混成配分も実現可能である。
【００８５】
同様に、マーカー２８及び検出ユニット４６を備えるセンサシステムを追加で、又は専用で、空間内の可動式製造ユニット２４の垂直位置を測定するのに使用することが概して実現可能である。この情報に基づいて、（例えばキャリア１２の上の材料層の数を知っている場合に）キャリア１２及び／又はその上に堆積された材料１４への距離を計算することができる。別の表現をすれば、本発明の一般的態様として、装置１０は、同じセンサ配置のもの（例えばマーカー２８及びセンサ４６を備えるセンサシステム）を利用することで可動式製造ユニット２４とキャリア１２の垂直方向相対配置及び水平方向相対配置の両方を検出可能な単一の検出ユニットを備えることができる。
【００８６】
そして、微細位置決め機能は照射装置３４の状態を調整することで与えることができる。例えば、上記照射装置３４の走査ミラーの位置及び／又は向きは、判定されたオフセットを考慮して照射ビームの延長線及び照射場所に適応するように調整することができる。
【００８７】
したがって、概して、本実施形態は、（例えば距離センサ４２による測定、及び移動ユニット１８又は描写されていない中間の作動ユニットのいずれかの移動により）可動式製造ユニット２４の垂直位置を合わせること、（例えばマーカー２８及びセンサ４６を備えるセンサシステムによる測定、及び移動ユニット１８又は描写されていない中間の作動ユニットのいずれかの移動により）水平面内で可動式製造ユニット２４の位置を合わせること、及び、（例えば描写されていない検出ユニットの測定、及び、それに従って照射装置３４の走査ミラーを調整することにより）照射場所及び／又は照射開始点の位置を合わせること、を含む微細位置決め機能を提供する。
【００８８】
図４ａ〜４ｄでは、可動式製造ユニット２４の別の実施形態が示されている。上記の図の中では、類似の特徴は第１実施形態と類似の参照符号で参照される。
【００８９】
図４ａでは、照射装置３４は、それぞれが個別の放射線ビームを放射する複数の照射源３５を備える。さらに、可動式製造ユニット２４の内部空間３６に直接統合されているシールドガスシステム４８が示されている。シールドガスシステム４８は、１つの照射源３５あたり２つのガス管５０、５２を備え、ガス管の開口部は互いに向かい合っている。具体的には、図４ａの左側のシールドガスシステム４８に関して、第１ガス管５０は左側照射源３５の下の空間へのガス排出開口部を備える。その一方で、第２ガス管５２は照射源３５の反対側に配置され、ガス注入口を備える。このようにして、ガス管５０と５２の間の、キャリア１２の表面又はその上に堆積された任意の材料１４に沿って流れるガス流Ｇを作ることができる。右側の照射源３５に対しても同様に、類似のガス流Ｇを作ることができる。そして、キャリア１２の上に堆積された原材料粉末１４を平坦にするための、刃の形の層堆積機構３２が示されている。好ましくはそれぞれが自分用のシールドガスシステム４８を有する更なる照射源３５を与えることもできることに留意されたい。
【００９０】
図４ｂでは、照射装置３４の２つ以上の照射源群３５が設置されているのが示されている。繰り返すが、照射源群３５のそれぞれには、個別のガス流Ｇを生成する自分用のシールドガスシステム４８が与えられている。しかし、この実施形態では、照射源３５は単一の放射線ビームを放射する基準レーザー光源を形成しない。代わりに、照射源３５は、いわゆるＶＣＳＥＬ又はレーザーＬＥＤを備え、マトリクス型又は格子状のパターンに集められる。上記マトリクスから専用のものだけを作動させることで、所定の照射パターンを作ることができる。
【００９１】
図４ｃでは、たった１つの照射装置３４が与えられ、この照射装置は水平方向矢印Ｈで示されるように直線軸５１に沿って移動可能である。複数の照射装置３４であって、それぞれの直線軸５１に沿って配置されると共にお互いの後ろに図４ｃの平面に対して直角に延びる軸に沿って配置される、複数の照射装置３４を与えることも考えられることに留意されたい。繰り返すが、上述したように、照射装置３４は、レーザーを放射する放射線源３５、及びガス流Ｇを作るシールドガスシステム４８を備える。
【００９２】
そして、図４ｄでは、材料プリントヘッド３７の形の代替の固化ユニットを備える可動式製造ユニット２４が示されている。材料プリントヘッド３７は、溶融原材料１４が含まれている内部材料貯蔵容器３９を含む。上記材料１４は、キャリア１２の上の所定の場所に堆積させた後、そこで固化させることができる。この動作原理は、一般に材料噴射と呼ばれることがある。繰り返すが、プリントヘッド３７は水平方向軸５１に沿って移動可能である（矢印Ｈを参照）。
【図１】
2020532448.tif 000003
【図２】
2020532448.tif 000004
【図３】
2020532448.tif 000005
【図４ａ】
2020532448.tif 000006
【図４ｂ】
2020532448.tif 000007
【図４ｃ】
2020532448.tif 000008
【図４ｄ】
2020532448.tif 000009
【国際調査報告】
2020532448.tif 000010
2020532448.tif 000011
2020532448.tif 000012