(57)【要約】  付加製造システムは、粉体床と、粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源とを含む。付加製造システムは、少なくとも１つのエネルギー源に結合された計算装置をさらに含む。計算装置は、プロセッサ及びメモリ装置を含む。メモリ装置は、部品を製造するための製造計画を実行することと、部品の製造中に部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、部品の部分内に所定の微細構造を作成するために部品熱データを受信するのに応えて少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を計算装置に実行させるように構成された命令を含む。【選択図】図１
2020505506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造システムであって、
粉体床と、
前記粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、
前記少なくとも１つのエネルギー源に通信可能に結合された計算装置であって、前記計算装置はプロセッサ及びメモリ装置を備え、前記メモリ装置は、
前記部品を製造するための製造計画を実行することであって、前記製造計画は前記部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、
前記製造計画の実行中に、前記部品の製造中の前記部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、
前記部品の前記一部分内に所定の微細構造を作成するために前記部品熱データを受信するのに応えて前記少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、
を前記計算装置に実行させるように構成された命令を記憶する、計算装置と、
を備える付加製造システム。
【請求項２】
前記命令は、
前記部品に対応する部品モデルデータを受信することであって、前記部品モデルデータは前記所定の微細構造に対応する、受信することと、
前記受信された部品モデルデータを予測モデルに適用することによって前記製造計画を生成することであって、前記予測モデルは、前記部品の前記一部分内に前記所定の微細構造を作成するための製造命令を生成するように構成されている、生成することと、
を前記計算装置にさらに実行させる、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
前記部品熱データを収集するように構成された少なくとも１つの熱センサをさらに備え、前記計算装置は前記少なくとも１つの熱センサに通信可能に結合されており、前記命令は、前記少なくとも１つの熱センサから前記部品熱データを受信することを前記計算装置にさらに実行させる、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱センサは、赤外線センサ、近赤外線センサ、及びフォトダイオードセンサのうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載の付加製造システム。
【請求項５】
前記命令は、前記部品熱データを受信するのに応えて、
前記少なくとも１つのエネルギー源のパワー設定を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームの走査方向を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームの走査速度を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源と前記部品との間の距離を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源をオン状態とオフ状態との間で変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームのハッチ間隔設定を変更することと、
のうちの少なくとも１つによって前記計算装置に前記少なくとも１つのエネルギービームをさらに制御させる、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記製造計画は、前記部品の一部分に対する少なくとも１つの目標温度値を含む熱計画をさらに含み、前記少なくとも１つの目標温度値は、前記部品の製造中の前記部品の一部分に対応する、請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記命令は、
前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
を前記計算装置にさらに実行させる、請求項６に記載の付加製造システム。
【請求項８】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置に基づいて前記製造計画を修正することを前記計算装置にさらに実行させる、請求項７に記載の付加製造システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの目標温度値は少なくとも１つの内部目標温度値であり、前記部品熱データは前記部品の表面温度に対応し、前記命令は、
少なくとも１つの内部温度予測モデルを前記部品熱データに適用することによって、前記部品の少なくとも１つの予測内部温度値を決定することと、
前記少なくとも１つの内部目標温度値と前記少なくとも１つの予測内部温度値との間の偏差を特定することによって、前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、
を前記計算装置にさらに実行させる、請求項７に記載の付加製造システム。
【請求項１０】
前記部品熱データは溶融プールに対応する、請求項２に記載の付加製造システム。
【請求項１１】
前記製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含む、請求項１０に記載の付加製造システム。
【請求項１２】
前記命令は、
前記部品熱データに基づいて前記溶融プールの少なくとも１つの溶融プール特性を判断することと、
前記少なくとも１つの溶融プール特性と前記少なくとも１つの目標溶融プール特性との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
を前記計算装置にさらに実行させる、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１３】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置を含むように前記製造計画を修正することを前記計算装置にさらに実行させる、請求項１２に記載の付加製造システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの溶融プール特性及び前記少なくとも１つの目標溶融プール特性の各々は、前記溶融プールの長さ、前記溶融プールの幅、前記溶融プールの深さ、前記溶融プールの容積、及び前記溶融プールの温度のうちの１つである、請求項１２に記載の付加製造システム。
【請求項１５】
前記部品熱データは前記溶融プールの表面温度に対応し、前記命令は、少なくとも１つの溶融プール予測モデルを前記部品熱データに適用することによって前記少なくとも１つの溶融プール特性を判断することを、前記計算装置にさらに実行させる、請求項１１に記載の付加製造システム。
【請求項１６】
付加製造システムを使用して部品を製造する方法であって、前記付加製造システムは、粉体床と、前記粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、前記少なくとも１つのエネルギー源に結合された計算装置であって、前記計算装置はプロセッサ及びメモリ装置を含む、計算装置とを含み、前記方法は、
前記部品を製造するための製造計画を実行することであって、前記製造計画は前記部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、
前記製造計画の実行中に、前記部品の製造中の前記部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、
前記部品の前記一部分内に所定の微細構造を作成するために前記部品熱データを受信するのに応えて前記少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、
を備える方法。
【請求項１７】
前記部品に対応する部品モデルデータを受信することであって、前記部品モデルデータは前記所定の微細構造に対応する、受信することと、
前記受信された部品モデルデータを予測モデルに適用することによって前記製造計画を生成することであって、前記予測モデルは、前記部品の前記一部分内に前記所定の微細構造を作成するための製造命令を生成するように構成されている、生成することと、
をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのエネルギー源を制御することは、
前記少なくとも１つのエネルギー源のパワー設定を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームの走査方向を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームの走査速度を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源と前記部品との間の距離を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源をオン状態とオフ状態との間で変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービームのハッチ間隔設定を変更することと、
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記製造計画は熱計画をさらに含み、前記熱計画は前記部品の一部分に対する少なくとも１つの目標温度値を含み、前記少なくとも１つの目標温度値は、前記部品の製造中の前記部品の前記一部分の温度に対応し、前記方法は、
前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記部品熱データの少なくとも一部分は溶融プールに対応し、前記製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含み、前記方法は、
前記部品熱データの前記一部分に基づいて前記溶融プールの少なくとも１つの溶融プール特性を判断することと、
前記少なくとも１つの溶融プール特性と前記少なくとも１つの目標溶融プール特性との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に付加製造システムに関し、より具体的には、付加的に製造された部品の微細構造を動的に制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの付加製造システムは、部品を作成するための粉末材料の蓄積を伴う。この方法は、低コストで生産効率を向上させて、高額な材料から複雑な部品を生産することができる。直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムなど、少なくともいくつかの付加製造システムは、非限定的にレーザ装置などのエネルギー源、ビルドプレート、及び非限定的に粉末金属などの粉末材料を使用して、部品を製造する。エネルギー源によって生成されたエネルギービームは、エネルギービームが粉末材料に入射する領域内及びその周りでビルドプレート上の粉末材料を溶融するために誘導され、溶融プールをもたらす。溶融プールが冷却するにつれて、溶融プールに含まれる材料は凝固し、微細構造を成長させる。微細構造の特性は、エネルギー源のパワー、溶融プールが上昇できる温度、溶融プールの形状、及び溶融プールが冷却する速度を含む、様々なプロセスパラメータに依存する。したがって、付加製造プロセスを使用して部品を一貫して正確に製造するには、一般に、部品の微細構造の特性と相関するプロセスパラメータの制御及び監視が必要とされる。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、部品を製造するための付加製造システムが提供される。付加製造システムは、粉体床と、粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、少なくとも１つのエネルギー源に結合された計算装置と、を含む。計算装置は、プロセッサ及びメモリ装置を含む。メモリ装置は、部品を製造するための製造計画を実行することであって、製造計画は部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、部品の製造中に部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、部品の部分内に所定の微細構造を作成するために部品熱データを受信するのに応えて少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を計算装置に実行させるように構成された命令を記憶する。
【０００４】
別の態様では、付加製造システムを使用して部品を製造するための方法が提供される。付加製造システムは、粉体床と、粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、少なくとも１つのプロセッサを含む計算装置と、を含む。方法は、部品を製造するための製造計画を実行することであって、製造計画は部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、部品の製造中に部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、部品の部分内に所定の微細構造を作成するために部品熱データを受信するのに応えて少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を含む。
【０００５】
本開示のこれら並びにその他の特徴、態様、及び利点は、図面を通じて類似の文字が類似の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるようになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】付加製造装置を含む例示的な付加製造システムの概略図である。
【図２】図１に示される付加製造システムと共に使用され得る、例示的な熱データ収集装置の斜視図である。
【図３】図２に示される例示的な構築層の拡大図である。
【図４】図１の付加製造システムを使用して部品を製造するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図１の付加製造システムを使用して部品を製造するための代替方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
別途示されない限り、本明細書に提示される図面は、本開示の実施形態の特徴を示すように意図される。これらの特徴は、本開示の１又は複数の実施形態を備える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る実施形態の実践のために必要であると当業者によって知られる全ての従来の特徴を含むように意図されるものではない。
【０００８】
以下の明細書及び請求項において、以下の意味を有するように定義されるいくつかの用語が参照されるだろう。
【０００９】
単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１０】
「所望により」又は「任意に」とは、後に記載される事象又は状況が起こっても起こらなくてもよいこと、並びに説明が、事象が起こる場合及び起こらない場合を含むことを、意味する。
【００１１】
本明細書及び請求項を通して本明細書内で使用される近似の言い回しは、関連する基本機能に変化を生じることなく許容可能に変動し得る、任意の定量的表現を修飾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つ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、近似の言い回しは、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここで、並びに本明細書及び請求項を通して、範囲の限定は組み合わせ及び／又は交換されてもよく、このような範囲は特定されて、文脈又は言語が別途指定しない限り、本明細書に含まれる全ての部分範囲を含む。
【００１２】
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」並びに関連用語、たとえば「処理装置」及び「計算装置」は、当該技術分野においてコンピュータと称されるような集積回路のみに限定されず、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、及びプログラマブル回路にも広く言及し、これらの用語は本明細書において交換可能に使用される。本明細書に記載される実施形態では、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み得るが、これらに限定されない。あるいは、フロッピー（登録商標）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）もまた使用され得る。また、本明細書に記載される実施形態では、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ーフェースに関連するコンピュータ周辺機器であってもよいが、これらに限定されない。あるいは、たとえばスキャナを含み得るがこれに限定されないその他のコンピュータ周辺機器もまた使用され得る。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインターフェースモニタを含み得るが、これに限定されない。
【００１３】
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、任意の装置内の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、又はその他のデータなどの情報の短期又は長期記憶のための任意の方法又は技術において実施される任意の有形の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、本明細書に記載される方法は、非限定的に記憶装置及び／又はメモリ装置を含む、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能命令として符号化されてもよい。このような命令は、プロセッサによって実行されると、本明細書に記載される方法の少なくとも一部分をプロセッサに実行させる。また、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、非限定的に揮発性及び不揮発性媒体を含む非一時的コンピュータ記憶装置、並びにファームウェア、物理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を含む全ての有形のコンピュータ可読媒体、そしてネットワーク又はインターネットなどのその他いずれかのデジタルソース、さらに未だ開発されていないデジタル手段を含むが、唯一の例外は一時的な伝播信号である。
【００１４】
さらに、本明細書で使用されるとき、用語「リアルタイム」は、関連事象の発生時間、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、並びに事象及び環境に対するシステム応答の時間のうちの少なくとも１つを指す。本明細書に記載される実施形態では、これらの活動及び事象は、実質的に即座に行われる。
【００１５】
製造プロセスの間、本明細書に記載される付加製造システムの実施形態は、製造されている部品に対応する熱データを収集し、少なくとも部分的に、収集された熱データに基づいて製造プロセスを動的に調整する。付加製造システムは、プロセッサ及びメモリ装置を有する計算装置に結合された少なくとも１つのエネルギー源を含む。メモリ装置は、実行されると部品を製造するための製造計画を計算装置に実行させる、命令を含む。製造計画の実行中、計算装置は、付加製造システムによって製造されている部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データをリアルタイムで受信し、少なくとも部分的に部品熱データに基づいて、エネルギー源によって発射されるエネルギービームを制御する。こうすることによって、付加製造システムは、部品の部分の最終的な微細構造の制御を容易にする。このような制御は、部品の微細構造の一貫性を改善し、製造欠陥の可能性を低減することによって、製造された部品の品質を改善する。また、部品の微細構造の制御は複数の部分を有するように部品を製造することを容易にし、各部分は、その部分に所望の特性を付与するように選択された所定の微細構造を有する。このような特性は、非限定的に、強度、延性、靱性、硬度、耐食性、熱応答性、及び耐摩耗性を含み得る。
【００１６】
製造計画は一般に、部品を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、製造計画は、付加製造システムの１又は複数のエネルギー源を制御するように構成された命令を含み得る。いくつかの実施形態では、計算装置は、製造されている部品の一部分の所定の微細構造に対応する部品モデルデータを含む受信部品モデルデータに基づいて製造計画を生成するように、さらに構成されている。より具体的には、計算装置は、部品の部分内に所定の微細構造を作成するための製造計画の製造命令を生成するように構成された予測モデルに、受信部品モデルデータを適用する。計算装置によって受信されて予測モデルに適用され得る追加の部品モデルデータは、非限定的に、部品又はその一部分の三次元モデルなどの幾何学的データ、及び粉体床の熱特性などの材料特性を含む。
【００１７】
製造計画は、部品の製造を容易にするための、より具体的には所定の微細構造の成長のための、部品の目標熱データをさらに含み得る。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は、製造プロセス中の部品の部分に対する目標温度値を含む熱計画を含む。目標温度値は、非限定的に、最高温度、最低温度、及び温度勾配を含む。目標温度値は、時間面をさらに組み込んでもよい。たとえば、目標温度値は、経時的な温度の変化、及び経時的に維持すべき目標温度範囲を含んでもよい。目標温度値はその後、受信した熱データに照らして付加製造システムの制御を容易にするために使用され得る。より具体的には、目標温度値を受信した熱データと比較することによって、付加製造システムを制御するためのフィードバックループが確立され得る。
【００１８】
他の実施形態では、付加製造システムは、製造計画を改善及び改良するように、さらに構成されている。より具体的には、付加製造システムは、製造計画（又は熱計画などその一部）と付加製造システムによって受信された部品熱データとの間の偏差を特定し、偏差を低減するための対応する修正措置を生成する。次いで付加製造システムは、修正措置に基づいて製造計画を修正し得る。製造計画の修正は、製造計画自体を修正すること、又は製造計画を生成するために使用される予測モデルを修正することの一方又は両方を含む。こうすることによって、製造計画は、製造プロセスに影響を及ぼす要因をより良く反映するように、反復的に改善される。
【００１９】
図１は、付加製造装置１０２を含む例示的な付加製造システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、付加製造システム１００は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムである。本明細書の実施形態はＤＭＬＭシステムを参照して説明されるが、本開示はまた、液体樹脂ベースの付加製造システム（たとえば、ステレオリソグラフィシステム）又は選択的レーザ溶融システムなど、他のタイプの付加製造システムにも適用され得る。
【００２０】
付加製造装置１０２は、付加製造プロセス中に三次元部品１０６を支持するための構築プラットフォーム１０４と、粉体床１１１としても知られる構築材料１１０のリザーバ１０８と、部品１０６を形成する複数の重なり合った構築層１１６、１１８、及び１２０を形成するために粉体床１１１の一部分を焼結、固化、硬化、又は別途凝固させるためのエネルギービーム１１４を発射するエネルギー源１１２とを含む。明確にするために、図１ではリザーバ１０８の前壁は省略されている。同様に、明確にするために図１では粉体床１１１の部分は省略されている。例示的な実施形態では、三次元部品１０６は航空機部品であるが、付加製造システム１００はいずれの三次元部品を製造するためにも使用され得る。構築プラットフォーム１０４は、粉体床１１１が凝固する平面を調整するために構築プラットフォームが垂直方向１２４に沿って上昇及び／又は下降し得るように、垂直アジャスタ１２２に結合されている。
【００２１】
例示的な実施形態では、エネルギー源１１２はレーザである。より具体的には、エネルギー源１１２はファイバレーザ又はダイオードレーザである。代替実施形態では、エネルギー源１１２は、たとえば紫外線レーザ、光源、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザなどのガスレーザ、又は電子ビーム発生器など、粉体床１１１を焼結、固化、硬化、又は別途凝固するためのいずれの適切なエネルギー源であってもよい。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載されるように機能できるようにする類似のパワー又は異なるパワーを有する、２つ以上のエネルギー源１１２を含む。さらに、例示的な実施形態では、構築材料１１０は金属粉末である。より具体的には、構築材料１１０は、およそ１０〜１００ミクロンの範囲内の平均粒径を有するガスアトマイズ金属粉末（たとえば、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、及び／又はニッケル合金）である。
【００２２】
付加製造装置１０２はまた、粉体床１１１及び先に形成された構築層上に構築材料１１０の薄層を提供するための、再塗布装置アセンブリ１２６としても知られる構築材料ディスペンサも含む。加えて、付加製造装置１０２は、部品１０６が見えるように配置された熱データ収集装置１２８を含む。熱データ収集装置１２８は、構築プロセスの間及び構築プロセスが完了した後の両方で、層１１６、１１８、及び１２０及び／又は部品１０６に関連する熱データを収集する。例示的な実施形態では、熱データ収集装置１２８は、赤外線センサ、近赤外線センサ、及びフォトダイオードセンサのうちの１つである。
【００２３】
例示的な実施形態では、付加製造装置１０２は、粉体床１１１の選択部分にわたってエネルギービーム１１４を走査するための走査装置１３０を含む。例示的な実施形態では、走査装置１３０は、１又は複数の検流計光学スキャナ１３２、及び／又は１又は複数の電動ミラー、レンズ、及び／又はその他の光学装置を含む。代替実施形態では、エネルギー源１１２は、部品１０６に対するエネルギー源１１２の位置及び／又は向きを変更するように構成されたアクチュエータに結合されている。
【００２４】
構築プラットフォーム１０４、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数は、コントローラ１３４に通信するように動作可能に結合されている。例示的な実施形態では、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２の各々は、コントローラ１３４に動作可能に結合されている。また、例示的な実施形態では、コントローラ１３４は、計算装置１３６に通信するように動作可能に結合されている。
【００２５】
動作中、付加製造システム１００は、層ごとの製造プロセスによって部品１０６を製造する。より具体的には、部品１０６は、計算装置１３６に記憶された部品１０６の三次元形状の電子表示から製造される。たとえば、電子表示は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）又は類似の電子ファイルで生成される。代替実施形態では、電子表示は、付加製造システム１００を本明細書で記載されるように動作させられる任意の電子表示である。例示的な実施形態では、部品１０６を表すＣＡＤファイルは、たとえば計算装置１３６によって、各層の複数の構築パラメータを含む層ごとのフォーマットに変換される。部品１０６は、付加製造システム１００で使用される座標系の原点に対して所望の向きに電子的に配置される。加えて、部品１０６の形状は、各層の形状がその特定の層位置で部品１０６を通る断面の輪郭となるように、所望の厚さの二次元層のスタックに切り分けられる。構築材料１１０から部品１０６のその層を製造して部品１０６を構築する計画を構成するためにハッチパターンに沿って構築パラメータが適用されるように、ハッチパターンはそれぞれの各層内で生成される。それぞれの各層についてステップが繰り返される。プロセスが完了すると、全ての層を含む（１つ又は複数の）電子コンピュータ構築ファイルが生成される。
【００２６】
構築ファイルが生成された後、付加製造システム１００は、構築ファイルに基づいて、層ごとに部品１０６を製造するように付加製造システム１００を誘導するように構成された製造計画を実施することによって、部品１０６を製造するように動作する。例示的な層ごとの製造プロセスは、最終的な部品の前駆体として既存の物品を使用するのではなく、むしろプロセスは、粉末構築材料１１０などの構成可能な形態の原料から部品１０６を製造する。たとえば、非限定的に、鋼合金粉末を使用して、鋼合金材料が付加的に製造される。付加製造システム１００は、たとえば金属、セラミック、及びポリマーなど、広範な材料を使用した部品の製造を可能にする。
【００２７】
本明細書で使用されるとき、用語「パラメータ」は、付加製造システム１００内の、エネルギー源１１２のパワー出力、エネルギー源１１２のベクトル走査速度、エネルギー源１１２のラスタパワー出力、エネルギー源１１２のラスタ走査速度、エネルギー源１１２のラスタツールパス、及びエネルギー源１１２の輪郭パワー出力など、付加製造システム１００の動作条件を定義するために使用される特性を指す。いくつかの実施形態では、パラメータは最初にユーザによって計算装置１３６に入力される。パラメータは、付加製造システム１００の所与の動作状態を表す。一般に、ラスタ走査中、エネルギービーム１１４は、互いに離間した平行な実質的にまっすぐな一連のハッチ線に沿って順次走査される。ベクトル走査中、エネルギービーム１１４は一般に、実質的にまっすぐな一連のハッチ線又はベクトルに沿って順次走査されるが、互いに対するベクトルの向きは異なる場合がある。一般に、１つのベクトルの終点は、次のベクトルの始点と一致する。ベクトル走査は一般に部品の外輪郭を画定するために使用されるが、ラスタ走査は一般に、部品１０６が中実であるときに輪郭によって囲まれた空間を「埋める」ために使用される。
【００２８】
付加製造システム１００の動作中、再塗布装置１２６は構築プラットフォーム１０４に隣接して配置される。再塗布装置１２６が方向１３８に沿って移動すると、再塗布装置１２６は粉体床１１１を形成する構築プラットフォーム上に構築材料１１０の層を堆積させる。構築材料１１０の新しい層が堆積された後、エネルギー源１１２はエネルギービーム１１４を走査装置１３０に通し、これはエネルギービーム１１４を粉体床１１１の選択部分上に配向する。たとえば、走査装置１３０の検流計１３２は、部品１０６の層１２０などの新しい構築層を形成する粉体床１１１の選択部分上に、エネルギービーム１１４を配向する。次の層では、垂直アジャスタ１２２を通る構築プラットフォーム１０４は、構築材料１１０の別の層を堆積させて部品１０６の別の構築層を形成するのを容易にするために再塗布装置１２６が粉体床１１１に沿って別の経路を作成できるように、方向１２４に沿って下方に粉体床１１１を移動させる。このプロセスはその後、部品１０６を形成するために、たとえば層１１６、１１８、及び１２０など、複数の層に対して繰り返される。各構築層の間及び／又は後、熱データ収集装置１２８は構築層の熱データを収集する。熱データは、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６に送信される。計算装置１３６は、受信した部品熱データを分析し、それに応えてエネルギービーム１１４を相応に制御する。
【００２９】
例示的な実施形態では、構築プラットフォーム１０４、エネルギー源１１２、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、及び走査装置１３０は、コントローラ１３４によって動作可能に制御される。コントローラ１３４は、その動作を制御するために通常は付加製造システム１００の製造元によって提供される、任意のコントローラである。コントローラ１３４は、計算装置１３６に動作可能に結合されている。代替実施形態では、コントローラ１３４は、少なくとも１つのプロセッサ及び少なくとも１つのメモリ装置を含むコンピュータシステムである。
【００３０】
計算装置１３６は、少なくとも１つのメモリ装置１４０と、メモリ装置１４０に結合された少なくとも１つのプロセッサ１４２とを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１４２は、非限定的に、マルチコア構成などの、１又は複数の処理ユニットを含む。例示的な実施形態では、プロセッサ１４２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。あるいは、プロセッサ１４２は、計算装置１３６が本明細書に記載されるように動作することを許容する、任意のタイプのプロセッサである。いくつかの実施形態では、実行可能命令はメモリ装置１４０に記憶されている。計算装置１３６は、プロセッサ１４２をプログラムすることによって本明細書に記載される１又は複数の動作を実行するように構成可能である。たとえば、プロセッサ１４２は、１又は複数の実行可能命令として動作を符号化し、メモリ装置１４０内の実行可能命令を提供することによって、プログラムされる。例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、実行可能命令又はその他のデータなどの情報の記憶及び取得を可能にする、１又は複数の装置である。いくつかの実施形態では、メモリ装置１４０は、非限定的に、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、固体ディスク、ハードディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ、電子的消去可能プログラマブルＲＯＭ、又は不揮発性ＲＡＭメモリなどの、１又は複数のコンピュータ可読媒体を含む。上記のメモリタイプは例示に過ぎず、したがってコンピュータプログラムの記憶に使用可能なメモリのタイプに関して限定するものではない。
【００３１】
例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、非限定的に、リアルタイム及び履歴構築パラメータ値、又はその他のタイプのデータを含む構築パラメータを記憶するように構成されている。例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、熱データ収集装置１２８によって収集された部品熱データを記憶する。代替実施形態では、メモリ装置１４０は、付加製造システム１００が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意のデータをさらに記憶する。いくつかの実施形態では、プロセッサ１４２は、データの年齢に基づいてメモリ装置１４０からデータを除去又は「パージ」する。たとえば、プロセッサ１４２は、後の時間又は事象に関連して事前に記録及び記憶されたデータを上書きする。加えて、又は代わりに、プロセッサ１４２は、所定の時間間隔を超えるデータを除去する。加えて、メモリ装置１４０は、非限定的に、付加製造システム１００によって製造された部品１０６の構築パラメータ及び幾何学的条件の監視及び測定を容易にするのに十分なデータ、アルゴリズム、及びコマンドを含む。
【００３２】
例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、計算装置１３６によって実行されると部品を構築するための製造計画の実行を容易にする命令を含む。製造計画の実行中、命令は、部品に対応するリアルタイム部品熱データの受信、及び部品熱データに応答した計算装置１３６によるシステムパラメータのその後の制御を、さらに容易にする。たとえば、例示的な実施形態では、計算装置１３６は、エネルギービーム１１４が製造されている部品の一部分の所定の微細構造を製造するように、エネルギー源１１２を制御するように構成されている。
【００３３】
いくつかの実施形態では、計算装置１３６は、部品モデルデータを受信するのに応えて製造計画を生成するように、さらに構成されている。より具体的には、計算装置１３６は、所定の微細構造を製造するための製造命令を生成するために、部品の所定の微細構造に対応する部品モデルデータを予測モデルに適用するように構成されている。製造命令はその後、製造計画を生成するために使用される。所定の微細構造に対応する部品モデルデータに加えて、部品モデルデータは、非限定的に、幾何学的データ（部品のＣＡＤファイル又は類似の表示など）、粉体床の材料特性、並びに付加製造システム及びエネルギー源１１２などのその部品の特性を、さらに含み得る。
【００３４】
計算装置１３６はまた、プロセッサ１４２に結合された提示インターフェース１４４も含む。提示インターフェース１４４は、熱データ収集装置１２８によって収集された熱データなどの情報を、ユーザに提示する。一実施形態では、提示インターフェース１４４は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又は「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置（図示せず）に結合されたディスプレイアダプタ（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、提示インターフェース１４４は、１又は複数のディスプレイ装置を含む。加えて、又は代わりに、提示インターフェース１４４は、たとえば非限定的に、オーディオアダプタ又はスピーカ（図示せず）などの、オーディオ出力装置（図示せず）を含む。
【００３５】
例示的な実施形態では、計算装置１３６は、ユーザ入力インターフェース１４６を含む。例示的な実施形態では、ユーザ入力インターフェース１４６は、プロセッサ１４２に結合されており、ユーザからの入力を受け付ける。いくつかの実施形態では、ユーザ入力インターフェース１４６は、たとえば、非限定的に、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、非限定的にタッチパッドやタッチスクリーンなどのタッチセンシティブパネル、及び／又は非限定的にマイクロフォンなどのオーディオ入力インターフェースを含む。さらなる実施形態では、タッチスクリーンなどの単一の部品は、提示インターフェース１４４のディスプレイ装置及びユーザ入力インターフェース１４６の両方として機能する。
【００３６】
通信インターフェース１４８は、プロセッサ１４２に結合されており、コントローラ１３４などの１又は複数の他の装置と通信するように結合され、入力チャネルとして動作しながらこのような装置に対して入力及び出力動作を行うように、構成されている。たとえば、いくつかの実施形態では、通信インターフェース１４８は、非限定的に、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、モバイル通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、又はパラレル通信アダプタを含む。通信インターフェース１４８は、１又は複数の遠隔装置との間でデータ信号を送受信する。
【００３７】
提示インターフェース１４４及び通信インターフェース１４８はいずれも、ユーザ又はプロセッサ１４２に情報を提供するなど、本明細書に記載される方法と共に使用するのに適した情報を提供することができる。したがって、提示インターフェース１４４及び通信インターフェース１４８は出力装置と称される。同様に、ユーザ入力インターフェース１４６及び通信インターフェース１４８は、本明細書に記載される方法と共に使用するのに適した情報を受信することができ、入力装置と称される。
【００３８】
図２は、付加製造システム１００（図１に示される）と共に使用され得る、例示的な熱データ収集装置１２８の斜視図である。図３は、図２に示される例示的な構築層２０１の拡大図である。熱データ収集装置１２８は、コントローラ１３４に結合され、垂直方向１２４で構築層２０１及び粉体床１１１より上に配置された、少なくとも１つの熱センサ２００を含む。例示的な実施形態では、構築層２０１は、部品１０６（図１に示される）を形成する構築層１２０（やはり図１に示される）に結合された、次の付加層である。
【００３９】
例示的な実施形態では、熱データ収集装置１２８は、コントローラ１３４によって、計算装置１３６からの命令に応答して、付加製造システム１００（図１に示される）内に配置可能な、単一の熱センサ２００を含む。たとえば、熱センサ２００は、構築層２０１及び粉体床１１１から熱データを収集するために、第１の所定位置２０４に配置される。加えて、熱センサ２００は、構築層２０１及び粉体床１１１から熱データを収集するために、第２の所定位置２０８に配置可能である。代替実施形態では、熱データ収集装置１２８は、付加製造システム１００内に配置された複数の熱センサ２００を含み、その各々は複数の所定位置の間で個別に配置可能であってもよい。
【００４０】
動作中、エネルギー源１１２からのエネルギービーム１１４は、部品１０６の一部である最新の構築層２０１を形成するために、粉体床１１１の一部分にわたって走査される。エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って走査されると、エネルギービーム１１４は粉体床１１１の部分を選択的に加熱及び溶融し、構築層２０１の一部分を形成するために冷却する溶融プール２１４を形成する。このプロセスは、部品１０６が完全に形成されるまで、部品１０６の各層に対して繰り返される。
【００４１】
エネルギービーム１１４を走査するプロセスは、非限定的に、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って進む方向、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って進む速度、エネルギービーム１１４のパワー、及び粉体床１１１を横切るエネルギービーム１１４の連続経路間のハッチ間隔を含む、エネルギービーム１１４の特性を変更することを含み得る。エネルギービーム１１４の特性は、一般に、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６によって提供される命令に基づいて制御される。例示的な実施形態では、付加製造システム１００は、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６に通信可能に結合された、走査装置１３０及びエネルギー源１１２を含む。走査装置１３０及びエネルギー源１１２の各々は、エネルギービーム１１４を制御するための命令を受信するように構成されている。たとえば、計算装置１３６からの命令に応答して、走査装置１３０は、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切る方向及び速度を変更するように構成されており、エネルギー源１１２は、エネルギー源１１２のパワー設定を変更し、及び／又はエネルギー源１１２をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。特定の実施形態では、エネルギー源１１２は付加製造システム１００内で再配置可能であり、計算装置１３６は、付加製造システム１００内でエネルギー源１１２を移動させるための命令を提供するように、さらに構成されている。特定の実施形態では、付加製造システム１００は、２つ以上の走査装置１３０及び２つ以上のエネルギー源１１２を含み、これらの各々は、計算装置１３６から受信した命令に応答し得る。
【００４２】
付加製造システム１００の動作中、熱センサ２００は、部品１０６の熱測定値を収集する。本開示の目的のため、熱センサ２００によって収集された部品１０６の熱測定値は、一般に「部品熱データ」と称される。部品熱データは、全体として又は部分的に、付加製造プロセス中に取得される部品１０６の任意の熱測定値を含む。したがって、部品熱データは、非限定的に、構築層２０１などの構築層で取得された熱測定値を含む、部品１０６の形成の間又は後に取得された熱測定値を含む。部品熱データは、粉体床１１１からエネルギービーム１１４によって形成された溶融プールの熱測定値をさらに含む。特定の実施形態では、部品熱データは、たとえば部品１０６が冷却するにつれて、経時的な部品１０６又はそのいずれかの部分の熱特性の変化の分析を容易にするために、測定時間と相関される。
【００４３】
熱データ収集装置１２８が部品熱データを収集すると、部品熱データは計算装置１３６に送信される。計算装置１３６は一般に、付加製造システム１００を制御するためのフィードバックとして部品熱データを使用する。たとえば、部品熱データの受信に応答して、計算装置１３６はエネルギービーム１１４を制御するための命令を発行してもよい。このような命令は、非限定的に、エネルギービーム１１４のパワーを変更すること、エネルギービーム１１４の走査方向を変更すること、エネルギービーム１１４の走査速度を変更すること、エネルギービーム１１４に対応するハッチ設定を変更すること、及びエネルギー源１１２と部品１０６との間の距離を変更することを含む。
【００４４】
例示的な実施形態では、メモリ装置１３６は、たとえば部品１０６に対応する製造計画など、少なくとも１つの製造計画を記憶する。特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は一般に、部品１０６を製造するために、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２（全て図１に示される）のうちの１又は複数を制御するように構成された命令を含む。あるいは、製造計画は、計算装置１３６が部品１０６を製造するための命令を導き出すことができるデータを含む。たとえば、このような代替実施形態では、製造計画は、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数が部品１０６の製造を容易にするための命令を計算装置１３６が生成することができる、部品１０６に対応する幾何学的データを含む。
【００４５】
特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６の熱計画をさらに含む。製造中に部品１０６が冷却するにつれて、部品１０６の部分は、部品１０６の対応する部分の特性に影響を及ぼす微細構造を成長させる。たとえば、微細構造は、非限定的に、強度、靱性、延性、硬度、耐食性、温度ベースの挙動、及び耐摩耗性を含む特性に影響を及ぼす。付加製造の文脈では、部品１０６などの部品の微細構造は一般に、製造プロセス中に部品の部分が受ける加熱及び冷却によって決定づけられる。したがって、熱計画は、部品１０６の一部分について１又は複数の目標温度値を含み、１又は複数の目標温度値は所定の微細構造を実現するための一連の製造プロセス中の、部品１０６の当該部分の目標温度に対応する。１又は複数の目標温度値は、非限定的に、上限温度、下限温度、温度範囲、及び経時的な温度変化を含む温度変化のうちの１又は複数を含む。動作中、プロセッサ１４２は、部品１０６の部分が熱計画に従って製造されているか否かを判断するために、熱データ収集装置１２８から受信した部品熱データを熱計画と比較する。たとえば、動作中、計算装置１３６は、熱データが熱計画に従っているか否かを判断するために、構築層２０１などの部品１０６の構築層に対応する部品熱データを熱計画と比較する。部品熱データを熱計画と比較することは、非限定的に、構築層２０１又はその一部分の温度が温度閾値よりも高いか低いかを判断すること、構築層２０１又はその一部分が温度範囲内であるか否かを判断すること、及び構築層２０１又はその一部分が所望の温度変化率で冷却されているか否かを判断することを含む。
【００４６】
部品熱データが熱計画から逸脱する範囲で、プロセッサ１４２は、部品熱データと熱計画との間の偏差を特定し、偏差を補正するように構成された１又は複数の修正措置を生成し、少なくとも１つの修正措置を実行するように、構成されている。特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、修正措置を反映するために、熱計画の修正を含む、製造計画を修正するように、さらに構成されている。たとえば、動作中、プロセッサ１４２は、構築層２０１の一部分が所望の微細構造を形成するのに十分な高温に到達していないと判断するかも知れない。これに応えて、プロセッサ１４２はエネルギー源１１２の出力を増加させ、製造計画に含まれるエネルギー源１１２のパワー設定を変更することができる。
【００４７】
また、特定の実施形態では、熱計画は、部品１０６の内部の部分に対応する目標温度値を含む。このような実施形態では、熱データ収集装置１２８は、部品１０６の表面のみからの温度測定値の収集に限定されることがある。したがって、プロセッサ１４２は、熱計画の目標温度値と比較するための１又は複数の予測内部温度値を決定するように構成されている。より具体的には、プロセッサ１４２は、部品１０６に対応する内部温度予測モデルを受信した部品熱データに適用することによって、予測内部部品温度値を決定するように構成されている。
【００４８】
さらに、特定の実施形態では、熱データ収集装置１２８によって収集された部品熱データは、部品１０６の製造中に作成された溶融プール２１４に対応する。このような実施形態では、製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含み得る。溶融プール特性は、非限定的に、溶融プールの温度、長さ、幅、深さ、及び容積を含む。動作中、プロセッサ１４２は、少なくとも部分的に、部品熱データに基づいて溶融プール２１４の溶融プール特性を判断し、溶融プール特性と溶融プール計画の目標溶融プール特性との間の偏差を特定するように、構成されている。偏差を特定するのに応えて、プロセッサ１４２は、偏差を補正するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成し、少なくとも１つの修正措置を実行する。特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、溶融プール計画を修正することなどによって、少なくとも１つの修正措置を含むように製造計画を修正するように、さらに構成されている。
【００４９】
特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、１又は複数の溶融プール予測モデルを部品熱データに適用することによって溶融プール特性を判断するように構成されている。より具体的には、プロセッサ１４２は、溶融プール２１４の表面温度に対応する部品熱データを受信し、溶融プール特性を判断するために溶融プール予測モデルを部品熱データに適用するように、構成されている。
【００５０】
図４は、付加製造システム１００（図１に示される）を使用して部品を製造するための方法４００を示すフローチャートである。図１及び図４を参照すると、付加製造システム１００は一般に、粉体床１１１と、粉体床１１１から部品１０６の構築層１１６、１１８、及び１２０などの構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービーム１１４を生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源１１２と、を含む。付加製造システム１００は、エネルギー源１１２に結合された計算装置１３６をさらに含む。計算装置１３６は、少なくとも１つのプロセッサ１４２及びメモリ装置１４０を含む。
【００５１】
方法４００は、製造される部品の少なくとも一部分内に形成される所定の微細構造を含む部品モデルデータを受信４０２することを含む。部品モデルデータは、メモリ装置１４０から取得されてもよく、又は計算装置１３６に通信可能に結合されたデータ記憶装置（図示せず）から取得されてもよい。所定の微細構造に加えて、部品モデルデータは、非限定的に、製造されている部品の幾何学的データ、及び粉体床１１１の材料特性を、さらに含んでもよい。
【００５２】
部品モデルデータはその後、製造計画を生成４０４するために使用される。より具体的には、部品モデルデータは、部品モデルデータと一致する部品を製造するための製造命令を生成するように構成された予測モデルに適用される。製造命令はその後、部品を製造するための製造計画に集められる。所定の微細構造を形成することに関して、予測モデルは、非限定的に、所定の微細構造を形成するようにエネルギー源１１２の移動速度、パワー、及びその他のパラメータを制御するための命令を生成するように構成されている。たとえば、いくつかの実施形態では、予測モデルは、部品の一部分をある温度まで上昇させること、その温度を指定された時間にわたって維持すること、及び所定の微細構造の成長を促進するために一定の速度でその部分を冷却させることを容易にするための命令を生成する。
【００５３】
方法は、製造計画を実行４０６すること、及び製造計画の実行中に部品１０６の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することを、さらに含む。部品熱データを受信することに応えて、プロセッサ１４２は、所定の微細構造を形成するようにエネルギー源１１２のエネルギービーム１１４を制御４０４する。エネルギービーム１１４を制御することは、非限定的に、エネルギー源１１２のパワーを変更すること、エネルギービーム１１４の方向を変更すること、エネルギービーム１１４の速度を変更すること、エネルギー源１１２と部品１０６との間の距離を変更すること、エネルギー源１１２をオン状態からオフ状態に変更すること、及びエネルギービーム１１４のハッチ間隔を変更することを含む。
【００５４】
図５は、付加製造システム１００（図１に示される）を使用して部品を製造するための代替方法５００を示すフローチャートである。図１及び図４を参照すると、付加製造システム１００は一般に、粉体床１１１と、粉体床１１１から部品１０６の構築層１１６、１１８、及び１２０などの構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービーム１１４を生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源１１２と、を含む。付加製造システム１００は、エネルギー源１１２に結合された計算装置１３６をさらに含む。計算装置１３６は、少なくとも１つのプロセッサ１４２を含む。
【００５５】
方法５００は、部品１０６を製造するための製造計画を開始５０２することを含む。製造計画は一般に、部品１０６を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６を製造するために、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数を制御するように構成された命令を含む。他の実施形態では、製造計画は、計算装置１３６が部品１０６を製造するための命令を導き出すことができるデータを含む。たとえば、このような実施形態では、製造計画は、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数が部品１０６（全て図１に示される）を製造するための命令を計算装置１３６が生成することができる、部品１０６に対応する幾何学的データを含む。
【００５６】
特定の実施形態では、製造計画は、熱計画及び／又は溶融プール計画を含む。熱計画は一般に、製造中の部品１０６の部分に対応する温度目標値を含む。同様に、溶融プール計画は、製造中の溶融プール２１４（図３に示される）の目標溶融プール特性を含む。部品１０６の製造中に、プロセッサ１４２は、熱データ収集装置１２８などから部品１０６に対応する部品熱データを受信し、受信した部品熱データ又は少なくとも部分的に部品熱データから導き出されたデータと、製造計画に含まれる熱計画又は溶融プール計画を含む、製造計画との間の偏差を特定５０４する。このような特定は、非限定的に、１又は複数の予測熱値及び／又は予測溶融プール特性を生成するために１又は複数の予測モデルを部品熱データに適用することを含む、部品熱データの追加処理をさらに含み得る。
【００５７】
偏差を特定した後、プロセッサ１４２は、偏差を補正するように構成された１又は複数の修正措置を生成５０６し、修正措置を実行５０８する。修正措置の実行に続いて、プロセッサ１４２は、修正措置を含むように製造計画を修正５１０する。いくつかの実施形態では、製造計画を修正することは、製造計画の命令を修正することを含む。たとえば、製造中に部品１０６の一部分が十分に加熱されていないとプロセッサ１４２が判断した場合、プロセッサ１４２は、エネルギー源１１２のパワー設定を増加させるための命令を含む修正措置を生成し得る。修正措置を実行した後、プロセッサ１４２は、製造計画のその後の実行中に増加したパワー設定が使用されるように、増加したパワー設定を含むように製造計画を修正する。他の実施形態では、製造計画を修正することは、製造計画を生成するために使用される予測モデルの１又は複数のパラメータを修正することを含む。たとえば、製造計画を修正することは、製造計画のその後の生成がエネルギー源１１２の調整されたパワー設定を含むように、エネルギー源１１２のパワーに関連する係数を修正することを含む。
【００５８】
本明細書に記載される付加製造システムの実施形態は、制御された微細構造を有する部品の付加製造を容易にする。これを行うために、本明細書に記載される付加製造システム及び方法は、製造されている部品に対応する部品熱データを受信し、部品熱データに応答して１又は複数のエネルギービームを制御するように構成された、計算装置を含む。したがって、本明細書に記載されるシステム及び方法は、付加製造プロセス中の付加的に製造された部品の熱特性の動的な監視及び制御を容易にする。部品の熱特性を制御することによって、所定の微細構造の形成を促進するために、部品及び／又はその部分の特定の加熱及び冷却が誘導され得る。特定の実施形態では、本明細書に記載される付加製造システムは、製造計画に応じて部品を製造し、少なくとも部分的に、計算装置によって受信された部品熱データに基づいて、製造計画からの偏差を動的に特定及び補正するように構成されている。計算装置は、製造中に得られた任意の修正措置を組み込むように製造計画を修正するように、さらに構成されている。
【００５９】
本明細書に記載される方法及びシステムの例示的な技術的効果は、（ａ）付加的に製造された部品の品質及び一貫性を改善すること、（ｂ）各々がそれぞれの部分の所望の特性のために選択された異なる微細構造を有する、複数の部分を有する部品の製造を容易にすること、（ｃ）付加製造プロセス中の温度制御を改善すること、及び（ｄ）製造計画を反復的に改善及び改良し、それによって引き続き製造される部品の品質及び一貫性を改善すること、を含む。
【００６０】
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伴う。このような装置は通常、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（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される機能を実行することが可能なその他いずれか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む。本明細書に記載される方法は、非限定的に記憶装置及び／又はメモリ装置を含む、コンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能命令として符号化されてもよい。このような命令は、処理装置によって実行されると、本明細書に記載される方法の少なくとも一部分を処理装置に実行させる。上記の例は例示に過ぎず、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ように意図するものではない。
【００６１】
付加製造システムの例示的な実施形態は、上記で詳細に説明されている。装置、システム、及び方法は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ方法の動作及びシステムの構成要素は、本明細書に記載される他の動作又は構成要素から独立して別個に利用され得る。たとえば、本明細書に記載されるシステム、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、本明細書に記載される付加製造システムを用いる実践に限定されるものではない。むしろ、１又は複数の実施形態は、他の産業に関連して実施及び利用されてもよい。
【００６２】
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て他の図面には示されない場合があるが、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、その他いずれかの図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は請求されてもよい。
【００６３】
この書面による説明は、最良の形態を含む実施形態を開示するため、並びに任意の装置又はシステムを作成及び使用して任意の組み込まれた方法を実行することを含む、任意の当業者が実施形態を実践できるようにするために、例を使用している。本開示の特許性のある範囲は請求項によって定義され、当業者によって想起されるその他の例を含み得る。このようなその他の例は、それらが請求項の文言と相違ない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文言とのわずかな相違しかない同等の構造要素を含む場合に、請求項の範囲内にあると意図される。
【図１】
2020505506.tif 000003
【図２−３】
2020505506.tif 000004
【図４】
2020505506.tif 000005
【図５】
2020505506.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月27日(2019.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体床（１１１）と、
前記粉体床（１１１）から部品（１０６）の構築層（１１６）を形成するための少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）を生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源（１１２）と、
前記少なくとも１つのエネルギー源（１１２）に通信可能に結合された計算装置（１３６）と、
を備え、
前記計算装置（１３６）はプロセッサ（１４２）及びメモリ装置（１４０）を備え、
前記メモリ装置（１４０）は、
前記部品（１０６）を製造するための製造計画を実行することであって、前記製造計画は前記部品（１０６）を製造するための複数の製造命令を含む前記実行することと、
前記製造計画の実行中に、前記部品（１０６）の製造中の前記部品（１０６）の少なくとも一部分に対応する部品（１０６）熱データを受信することと、
前記部品（１０６）の前記一部分内に所定の微細構造を作成するために前記部品（１０６）熱データを受信するのに応えて前記少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）を制御することと、
を前記計算装置（１３６）に実行させるように構成された命令を記憶する、
付加製造システム（１００）。
【請求項２】
前記命令は、
前記部品（１０６）に対応する部品（１０６）モデルデータを受信することであって、前記部品（１０６）モデルデータは前記所定の微細構造に対応する、受信することと、
前記受信された部品（１０６）モデルデータを予測モデルに適用することによって前記製造計画を生成することであって、前記予測モデルは、前記部品（１０６）の前記一部分内に前記所定の微細構造を作成するための製造命令を生成するように構成されている、生成することと、
を前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項１に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項３】
前記部品（１０６）熱データを収集するように構成された少なくとも１つの熱センサ（２００）をさらに備え、前記計算装置（１３６）は前記少なくとも１つの熱センサ（２００）に通信可能に結合されており、前記命令は、前記少なくとも１つの熱センサ（２００）から前記部品（１０６）熱データを受信することを前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項１に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱センサ（２００）は、赤外線センサ（２００）、近赤外線センサ（２００）、及びフォトダイオードセンサ（２００）のうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項５】
前記命令は、前記部品（１０６）熱データを受信するのに応えて、
前記少なくとも１つのエネルギー源（１１２）のパワー設定を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）の走査方向を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）の走査速度を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源（１１２）と前記部品（１０６）との間の距離を変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギー源（１１２）をオン状態とオフ状態との間で変更することと、
前記少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）のハッチ間隔設定を変更することと、
のうちの少なくとも１つによって前記計算装置（１３６）に前記少なくとも１つのエネルギービーム（１１４）をさらに制御させる、請求項１に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項６】
前記製造計画は、前記部品（１０６）の一部分に対する少なくとも１つの目標温度値を含む熱計画をさらに含み、前記少なくとも１つの目標温度値は、前記部品（１０６）の製造中の前記部品（１０６）の一部分に対応する、請求項１に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項７】
前記命令は、
前記部品（１０６）熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
を前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項６に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項８】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置に基づいて前記製造計画を修正することを前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項７に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの目標温度値は少なくとも１つの内部目標温度値であり、前記部品（１０６）熱データは前記部品（１０６）の表面温度に対応し、前記命令は、
少なくとも１つの内部温度予測モデルを前記部品（１０６）熱データに適用することによって、前記部品（１０６）の少なくとも１つの予測内部温度値を決定することと、
前記少なくとも１つの内部目標温度値と前記少なくとも１つの予測内部温度値との間の偏差を特定することによって、前記部品（１０６）熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、
を前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項７に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１０】
前記部品（１０６）熱データは溶融プール（２１４）に対応する、請求項２に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１１】
前記製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール（２１４）特性を含む溶融プール（２１４）計画をさらに含む、請求項１０に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１２】
前記命令は、
前記部品（１０６）熱データに基づいて前記溶融プール（２１４）の少なくとも１つの溶融プール（２１４）特性を判断することと、
前記少なくとも１つの溶融プール（２１４）特性と前記少なくとも１つの目標溶融プール（２１４）特性との間の偏差を特定することと、
前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、
前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、
を前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項１１に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１３】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置を含むように前記製造計画を修正することを前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項１２に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの溶融プール（２１４）特性及び前記少なくとも１つの目標溶融プール（２１４）特性の各々は、前記溶融プール（２１４）の長さ、前記溶融プール（２１４）の幅、前記溶融プール（２１４）の深さ、前記溶融プール（２１４）の容積、及び前記溶融プール（２１４）の温度のうちの１つである、請求項１２に記載の付加製造システム（１００）。
【請求項１５】
前記部品（１０６）熱データは前記溶融プール（２１４）の表面温度に対応し、前記命令は、少なくとも１つの溶融プール（２１４）予測モデルを前記部品（１０６）熱データに適用することによって前記少なくとも１つの溶融プール（２１４）特性を判断することを、前記計算装置（１３６）にさらに実行させる、請求項１１に記載の付加製造システム（１００）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に付加製造システムに関し、より具体的には、付加的に製造された部品の微細構造を動的に制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの付加製造システムは、部品を作成するための粉末材料の蓄積を伴う。この方法は、低コストで生産効率を向上させて、高額な材料から複雑な部品を生産することができる。直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムなど、少なくともいくつかの付加製造システムは、非限定的にレーザ装置などのエネルギー源、ビルドプレート、及び非限定的に粉末金属などの粉末材料を使用して、部品を製造する。エネルギー源によって生成されたエネルギービームは、エネルギービームが粉末材料に入射する領域内及びその周りでビルドプレート上の粉末材料を溶融するために誘導され、溶融プールをもたらす。溶融プールが冷却するにつれて、溶融プールに含まれる材料は凝固し、微細構造を成長させる。微細構造の特性は、エネルギー源のパワー、溶融プールが上昇できる温度、溶融プールの形状、及び溶融プールが冷却する速度を含む、様々なプロセスパラメータに依存する。したがって、付加製造プロセスを使用して部品を一貫して正確に製造するには、一般に、部品の微細構造の特性と相関するプロセスパラメータの制御及び監視が必要とされる。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、部品を製造するための付加製造システムが提供される。付加製造システムは、粉体床と、粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、少なくとも１つのエネルギー源に結合された計算装置と、を含む。計算装置は、プロセッサ及びメモリ装置を含む。メモリ装置は、部品を製造するための製造計画を実行することであって、製造計画は部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、部品の製造中に部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、部品の部分内に所定の微細構造を作成するために部品熱データを受信するのに応えて少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を計算装置に実行させるように構成された命令を記憶する。
【０００４】
別の態様では、付加製造システムを使用して部品を製造するための方法が提供される。付加製造システムは、粉体床と、粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、少なくとも１つのプロセッサを含む計算装置と、を含む。方法は、部品を製造するための製造計画を実行することであって、製造計画は部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、部品の製造中に部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、部品の部分内に所定の微細構造を作成するために部品熱データを受信するのに応えて少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を含む。
【０００５】
本開示のこれら並びにその他の特徴、態様、及び利点は、図面を通じて類似の文字が類似の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるようになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】付加製造装置を含む例示的な付加製造システムの概略図である。
【図２】図１に示される付加製造システムと共に使用され得る、例示的な熱データ収集装置の斜視図である。
【図３】図２に示される例示的な構築層の拡大図である。
【図４】図１の付加製造システムを使用して部品を製造するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図１の付加製造システムを使用して部品を製造するための代替方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
別途示されない限り、本明細書に提示される図面は、本開示の実施形態の特徴を示すように意図される。これらの特徴は、本開示の１又は複数の実施形態を備える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る実施形態の実践のために必要であると当業者によって知られる全ての従来の特徴を含むように意図されるものではない。
【０００８】
以下の明細書及び請求項において、以下の意味を有するように定義されるいくつかの用語が参照されるだろう。
【０００９】
単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１０】
「所望により」又は「任意に」とは、後に記載される事象又は状況が起こっても起こらなくてもよいこと、並びに説明が、事象が起こる場合及び起こらない場合を含むことを、意味する。
【００１１】
本明細書及び請求項を通して本明細書内で使用される近似の言い回しは、関連する基本機能に変化を生じることなく許容可能に変動し得る、任意の定量的表現を修飾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つ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、近似の言い回しは、値を測定するための機器の精度に対応し得る。ここで、並びに本明細書及び請求項を通して、範囲の限定は組み合わせ及び／又は交換されてもよく、このような範囲は特定されて、文脈又は言語が別途指定しない限り、本明細書に含まれる全ての部分範囲を含む。
【００１２】
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」並びに関連用語、たとえば「処理装置」及び「計算装置」は、当該技術分野においてコンピュータと称されるような集積回路のみに限定されず、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、及びプログラマブル回路にも広く言及し、これらの用語は本明細書において交換可能に使用される。本明細書に記載される実施形態では、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み得るが、これらに限定されない。あるいは、フロッピー（登録商標）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）もまた使用され得る。また、本明細書に記載される実施形態では、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ーフェースに関連するコンピュータ周辺機器であってもよいが、これらに限定されない。あるいは、たとえばスキャナを含み得るがこれに限定されないその他のコンピュータ周辺機器もまた使用され得る。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインターフェースモニタを含み得るが、これに限定されない。
【００１３】
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、任意の装置内の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、又はその他のデータなどの情報の短期又は長期記憶のための任意の方法又は技術において実施される任意の有形の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、本明細書に記載される方法は、非限定的に記憶装置及び／又はメモリ装置を含む、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能命令として符号化されてもよい。このような命令は、プロセッサによって実行されると、本明細書に記載される方法の少なくとも一部分をプロセッサに実行させる。また、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、非限定的に揮発性及び不揮発性媒体を含む非一時的コンピュータ記憶装置、並びにファームウェア、物理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を含む全ての有形のコンピュータ可読媒体、そしてネットワーク又はインターネットなどのその他いずれかのデジタルソース、さらに未だ開発されていないデジタル手段を含むが、唯一の例外は一時的な伝播信号である。
【００１４】
さらに、本明細書で使用されるとき、用語「リアルタイム」は、関連事象の発生時間、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、並びに事象及び環境に対するシステム応答の時間のうちの少なくとも１つを指す。本明細書に記載される実施形態では、これらの活動及び事象は、実質的に即座に行われる。
【００１５】
製造プロセスの間、本明細書に記載される付加製造システムの実施形態は、製造されている部品に対応する熱データを収集し、少なくとも部分的に、収集された熱データに基づいて製造プロセスを動的に調整する。付加製造システムは、プロセッサ及びメモリ装置を有する計算装置に結合された少なくとも１つのエネルギー源を含む。メモリ装置は、実行されると部品を製造するための製造計画を計算装置に実行させる、命令を含む。製造計画の実行中、計算装置は、付加製造システムによって製造されている部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データをリアルタイムで受信し、少なくとも部分的に部品熱データに基づいて、エネルギー源によって発射されるエネルギービームを制御する。こうすることによって、付加製造システムは、部品の部分の最終的な微細構造の制御を容易にする。このような制御は、部品の微細構造の一貫性を改善し、製造欠陥の可能性を低減することによって、製造された部品の品質を改善する。また、部品の微細構造の制御は複数の部分を有するように部品を製造することを容易にし、各部分は、その部分に所望の特性を付与するように選択された所定の微細構造を有する。このような特性は、非限定的に、強度、延性、靱性、硬度、耐食性、熱応答性、及び耐摩耗性を含み得る。
【００１６】
製造計画は一般に、部品を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、製造計画は、付加製造システムの１又は複数のエネルギー源を制御するように構成された命令を含み得る。いくつかの実施形態では、計算装置は、製造されている部品の一部分の所定の微細構造に対応する部品モデルデータを含む受信部品モデルデータに基づいて製造計画を生成するように、さらに構成されている。より具体的には、計算装置は、部品の部分内に所定の微細構造を作成するための製造計画の製造命令を生成するように構成された予測モデルに、受信部品モデルデータを適用する。計算装置によって受信されて予測モデルに適用され得る追加の部品モデルデータは、非限定的に、部品又はその一部分の三次元モデルなどの幾何学的データ、及び粉体床の熱特性などの材料特性を含む。
【００１７】
製造計画は、部品の製造を容易にするための、より具体的には所定の微細構造の成長のための、部品の目標熱データをさらに含み得る。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は、製造プロセス中の部品の部分に対する目標温度値を含む熱計画を含む。目標温度値は、非限定的に、最高温度、最低温度、及び温度勾配を含む。目標温度値は、時間面をさらに組み込んでもよい。たとえば、目標温度値は、経時的な温度の変化、及び経時的に維持すべき目標温度範囲を含んでもよい。目標温度値はその後、受信した熱データに照らして付加製造システムの制御を容易にするために使用され得る。より具体的には、目標温度値を受信した熱データと比較することによって、付加製造システムを制御するためのフィードバックループが確立され得る。
【００１８】
他の実施形態では、付加製造システムは、製造計画を改善及び改良するように、さらに構成されている。より具体的には、付加製造システムは、製造計画（又は熱計画などその一部）と付加製造システムによって受信された部品熱データとの間の偏差を特定し、偏差を低減するための対応する修正措置を生成する。次いで付加製造システムは、修正措置に基づいて製造計画を修正し得る。製造計画の修正は、製造計画自体を修正すること、又は製造計画を生成するために使用される予測モデルを修正することの一方又は両方を含む。こうすることによって、製造計画は、製造プロセスに影響を及ぼす要因をより良く反映するように、反復的に改善される。
【００１９】
図１は、付加製造装置１０２を含む例示的な付加製造システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、付加製造システム１００は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）システムである。本明細書の実施形態はＤＭＬＭシステムを参照して説明されるが、本開示はまた、液体樹脂ベースの付加製造システム（たとえば、ステレオリソグラフィシステム）又は選択的レーザ溶融システムなど、他のタイプの付加製造システムにも適用され得る。
【００２０】
付加製造装置１０２は、付加製造プロセス中に三次元部品１０６を支持するための構築プラットフォーム１０４と、粉体床１１１としても知られる構築材料１１０のリザーバ１０８と、部品１０６を形成する複数の重なり合った構築層１１６、１１８、及び１２０を形成するために粉体床１１１の一部分を焼結、固化、硬化、又は別途凝固させるためのエネルギービーム１１４を発射するエネルギー源１１２とを含む。明確にするために、図１ではリザーバ１０８の前壁は省略されている。同様に、明確にするために図１では粉体床１１１の部分は省略されている。例示的な実施形態では、三次元部品１０６は航空機部品であるが、付加製造システム１００はいずれの三次元部品を製造するためにも使用され得る。構築プラットフォーム１０４は、粉体床１１１が凝固する平面を調整するために構築プラットフォームが垂直方向１２４に沿って上昇及び／又は下降し得るように、垂直アジャスタ１２２に結合されている。
【００２１】
例示的な実施形態では、エネルギー源１１２はレーザである。より具体的には、エネルギー源１１２はファイバレーザ又はダイオードレーザである。代替実施形態では、エネルギー源１１２は、たとえば紫外線レーザ、光源、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザなどのガスレーザ、又は電子ビーム発生器など、粉体床１１１を焼結、固化、硬化、又は別途凝固するためのいずれの適切なエネルギー源であってもよい。代替実施形態では、付加製造システム１００は、付加製造システム１００が本明細書に記載されるように機能できるようにする類似のパワー又は異なるパワーを有する、２つ以上のエネルギー源１１２を含む。さらに、例示的な実施形態では、構築材料１１０は金属粉末である。より具体的には、構築材料１１０は、およそ１０〜１００ミクロンの範囲内の平均粒径を有するガスアトマイズ金属粉末（たとえば、コバルト、鉄、アルミニウム、チタン、及び／又はニッケル合金）である。
【００２２】
付加製造装置１０２はまた、粉体床１１１及び先に形成された構築層上に構築材料１１０の薄層を提供するための、再塗布装置アセンブリ１２６としても知られる構築材料ディスペンサも含む。加えて、付加製造装置１０２は、部品１０６が見えるように配置された熱データ収集装置１２８を含む。熱データ収集装置１２８は、構築プロセスの間及び構築プロセスが完了した後の両方で、層１１６、１１８、及び１２０及び／又は部品１０６に関連する熱データを収集する。例示的な実施形態では、熱データ収集装置１２８は、赤外線センサ、近赤外線センサ、及びフォトダイオードセンサのうちの１つである。
【００２３】
例示的な実施形態では、付加製造装置１０２は、粉体床１１１の選択部分にわたってエネルギービーム１１４を走査するための走査装置１３０を含む。例示的な実施形態では、走査装置１３０は、１又は複数の検流計光学スキャナ１３２、及び／又は１又は複数の電動ミラー、レンズ、及び／又はその他の光学装置を含む。代替実施形態では、エネルギー源１１２は、部品１０６に対するエネルギー源１１２の位置及び／又は向きを変更するように構成されたアクチュエータに結合されている。
【００２４】
構築プラットフォーム１０４、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数は、コントローラ１３４に通信するように動作可能に結合されている。例示的な実施形態では、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２の各々は、コントローラ１３４に動作可能に結合されている。また、例示的な実施形態では、コントローラ１３４は、計算装置１３６に通信するように動作可能に結合されている。
【００２５】
動作中、付加製造システム１００は、層ごとの製造プロセスによって部品１０６を製造する。より具体的には、部品１０６は、計算装置１３６に記憶された部品１０６の三次元形状の電子表示から製造される。たとえば、電子表示は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）又は類似の電子ファイルで生成される。代替実施形態では、電子表示は、付加製造システム１００を本明細書で記載されるように動作させられる任意の電子表示である。例示的な実施形態では、部品１０６を表すＣＡＤファイルは、たとえば計算装置１３６によって、各層の複数の構築パラメータを含む層ごとのフォーマットに変換される。部品１０６は、付加製造システム１００で使用される座標系の原点に対して所望の向きに電子的に配置される。加えて、部品１０６の形状は、各層の形状がその特定の層位置で部品１０６を通る断面の輪郭となるように、所望の厚さの二次元層のスタックに切り分けられる。構築材料１１０から部品１０６のその層を製造して部品１０６を構築する計画を構成するためにハッチパターンに沿って構築パラメータが適用されるように、ハッチパターンはそれぞれの各層内で生成される。それぞれの各層についてステップが繰り返される。プロセスが完了すると、全ての層を含む（１つ又は複数の）電子コンピュータ構築ファイルが生成される。
【００２６】
構築ファイルが生成された後、付加製造システム１００は、構築ファイルに基づいて、層ごとに部品１０６を製造するように付加製造システム１００を誘導するように構成された製造計画を実施することによって、部品１０６を製造するように動作する。例示的な層ごとの製造プロセスは、最終的な部品の前駆体として既存の物品を使用するのではなく、むしろプロセスは、粉末構築材料１１０などの構成可能な形態の原料から部品１０６を製造する。たとえば、非限定的に、鋼合金粉末を使用して、鋼合金材料が付加的に製造される。付加製造システム１００は、たとえば金属、セラミック、及びポリマーなど、広範な材料を使用した部品の製造を可能にする。
【００２７】
本明細書で使用されるとき、用語「パラメータ」は、付加製造システム１００内の、エネルギー源１１２のパワー出力、エネルギー源１１２のベクトル走査速度、エネルギー源１１２のラスタパワー出力、エネルギー源１１２のラスタ走査速度、エネルギー源１１２のラスタツールパス、及びエネルギー源１１２の輪郭パワー出力など、付加製造システム１００の動作条件を定義するために使用される特性を指す。いくつかの実施形態では、パラメータは最初にユーザによって計算装置１３６に入力される。パラメータは、付加製造システム１００の所与の動作状態を表す。一般に、ラスタ走査中、エネルギービーム１１４は、互いに離間した平行な実質的にまっすぐな一連のハッチ線に沿って順次走査される。ベクトル走査中、エネルギービーム１１４は一般に、実質的にまっすぐな一連のハッチ線又はベクトルに沿って順次走査されるが、互いに対するベクトルの向きは異なる場合がある。一般に、１つのベクトルの終点は、次のベクトルの始点と一致する。ベクトル走査は一般に部品の外輪郭を画定するために使用されるが、ラスタ走査は一般に、部品１０６が中実であるときに輪郭によって囲まれた空間を「埋める」ために使用される。
【００２８】
付加製造システム１００の動作中、再塗布装置１２６は構築プラットフォーム１０４に隣接して配置される。再塗布装置１２６が方向１３８に沿って移動すると、再塗布装置１２６は粉体床１１１を形成する構築プラットフォーム上に構築材料１１０の層を堆積させる。構築材料１１０の新しい層が堆積された後、エネルギー源１１２はエネルギービーム１１４を走査装置１３０に通し、これはエネルギービーム１１４を粉体床１１１の選択部分上に配向する。たとえば、走査装置１３０の検流計１３２は、部品１０６の層１２０などの新しい構築層を形成する粉体床１１１の選択部分上に、エネルギービーム１１４を配向する。次の層では、垂直アジャスタ１２２を通る構築プラットフォーム１０４は、構築材料１１０の別の層を堆積させて部品１０６の別の構築層を形成するのを容易にするために再塗布装置１２６が粉体床１１１に沿って別の経路を作成できるように、方向１２４に沿って下方に粉体床１１１を移動させる。このプロセスはその後、部品１０６を形成するために、たとえば層１１６、１１８、及び１２０など、複数の層に対して繰り返される。各構築層の間及び／又は後、熱データ収集装置１２８は構築層の熱データを収集する。熱データは、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６に送信される。計算装置１３６は、受信した部品熱データを分析し、それに応えてエネルギービーム１１４を相応に制御する。
【００２９】
例示的な実施形態では、構築プラットフォーム１０４、エネルギー源１１２、再塗布装置１２６、熱データ収集装置１２８、及び走査装置１３０は、コントローラ１３４によって動作可能に制御される。コントローラ１３４は、その動作を制御するために通常は付加製造システム１００の製造元によって提供される、任意のコントローラである。コントローラ１３４は、計算装置１３６に動作可能に結合されている。代替実施形態では、コントローラ１３４は、少なくとも１つのプロセッサ及び少なくとも１つのメモリ装置を含むコンピュータシステムである。
【００３０】
計算装置１３６は、少なくとも１つのメモリ装置１４０と、メモリ装置１４０に結合された少なくとも１つのプロセッサ１４２とを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１４２は、非限定的に、マルチコア構成などの、１又は複数の処理ユニットを含む。例示的な実施形態では、プロセッサ１４２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。あるいは、プロセッサ１４２は、計算装置１３６が本明細書に記載されるように動作することを許容する、任意のタイプのプロセッサである。いくつかの実施形態では、実行可能命令はメモリ装置１４０に記憶されている。計算装置１３６は、プロセッサ１４２をプログラムすることによって本明細書に記載される１又は複数の動作を実行するように構成可能である。たとえば、プロセッサ１４２は、１又は複数の実行可能命令として動作を符号化し、メモリ装置１４０内の実行可能命令を提供することによって、プログラムされる。例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、実行可能命令又はその他のデータなどの情報の記憶及び取得を可能にする、１又は複数の装置である。いくつかの実施形態では、メモリ装置１４０は、非限定的に、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、固体ディスク、ハードディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ、電子的消去可能プログラマブルＲＯＭ、又は不揮発性ＲＡＭメモリなどの、１又は複数のコンピュータ可読媒体を含む。上記のメモリタイプは例示に過ぎず、したがってコンピュータプログラムの記憶に使用可能なメモリのタイプに関して限定するものではない。
【００３１】
例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、非限定的に、リアルタイム及び履歴構築パラメータ値、又はその他のタイプのデータを含む構築パラメータを記憶するように構成されている。例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、熱データ収集装置１２８によって収集された部品熱データを記憶する。代替実施形態では、メモリ装置１４０は、付加製造システム１００が本明細書に記載されるように動作することを可能にする任意のデータをさらに記憶する。いくつかの実施形態では、プロセッサ１４２は、データの年齢に基づいてメモリ装置１４０からデータを除去又は「パージ」する。たとえば、プロセッサ１４２は、後の時間又は事象に関連して事前に記録及び記憶されたデータを上書きする。加えて、又は代わりに、プロセッサ１４２は、所定の時間間隔を超えるデータを除去する。加えて、メモリ装置１４０は、非限定的に、付加製造システム１００によって製造された部品１０６の構築パラメータ及び幾何学的条件の監視及び測定を容易にするのに十分なデータ、アルゴリズム、及びコマンドを含む。
【００３２】
例示的な実施形態では、メモリ装置１４０は、計算装置１３６によって実行されると部品を構築するための製造計画の実行を容易にする命令を含む。製造計画の実行中、命令は、部品に対応するリアルタイム部品熱データの受信、及び部品熱データに応答した計算装置１３６によるシステムパラメータのその後の制御を、さらに容易にする。たとえば、例示的な実施形態では、計算装置１３６は、エネルギービーム１１４が製造されている部品の一部分の所定の微細構造を製造するように、エネルギー源１１２を制御するように構成されている。
【００３３】
いくつかの実施形態では、計算装置１３６は、部品モデルデータを受信するのに応えて製造計画を生成するように、さらに構成されている。より具体的には、計算装置１３６は、所定の微細構造を製造するための製造命令を生成するために、部品の所定の微細構造に対応する部品モデルデータを予測モデルに適用するように構成されている。製造命令はその後、製造計画を生成するために使用される。所定の微細構造に対応する部品モデルデータに加えて、部品モデルデータは、非限定的に、幾何学的データ（部品のＣＡＤファイル又は類似の表示など）、粉体床の材料特性、並びに付加製造システム及びエネルギー源１１２などのその部品の特性を、さらに含み得る。
【００３４】
計算装置１３６はまた、プロセッサ１４２に結合された提示インターフェース１４４も含む。提示インターフェース１４４は、熱データ収集装置１２８によって収集された熱データなどの情報を、ユーザに提示する。一実施形態では、提示インターフェース１４４は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又は「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置（図示せず）に結合されたディスプレイアダプタ（図示せず）を含む。いくつかの実施形態では、提示インターフェース１４４は、１又は複数のディスプレイ装置を含む。加えて、又は代わりに、提示インターフェース１４４は、たとえば非限定的に、オーディオアダプタ又はスピーカ（図示せず）などの、オーディオ出力装置（図示せず）を含む。
【００３５】
例示的な実施形態では、計算装置１３６は、ユーザ入力インターフェース１４６を含む。例示的な実施形態では、ユーザ入力インターフェース１４６は、プロセッサ１４２に結合されており、ユーザからの入力を受け付ける。いくつかの実施形態では、ユーザ入力インターフェース１４６は、たとえば、非限定的に、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、非限定的にタッチパッドやタッチスクリーンなどのタッチセンシティブパネル、及び／又は非限定的にマイクロフォンなどのオーディオ入力インターフェースを含む。さらなる実施形態では、タッチスクリーンなどの単一の部品は、提示インターフェース１４４のディスプレイ装置及びユーザ入力インターフェース１４６の両方として機能する。
【００３６】
通信インターフェース１４８は、プロセッサ１４２に結合されており、コントローラ１３４などの１又は複数の他の装置と通信するように結合され、入力チャネルとして動作しながらこのような装置に対して入力及び出力動作を行うように、構成されている。たとえば、いくつかの実施形態では、通信インターフェース１４８は、非限定的に、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、モバイル通信アダプタ、シリアル通信アダプタ、又はパラレル通信アダプタを含む。通信インターフェース１４８は、１又は複数の遠隔装置との間でデータ信号を送受信する。
【００３７】
提示インターフェース１４４及び通信インターフェース１４８はいずれも、ユーザ又はプロセッサ１４２に情報を提供するなど、本明細書に記載される方法と共に使用するのに適した情報を提供することができる。したがって、提示インターフェース１４４及び通信インターフェース１４８は出力装置と称される。同様に、ユーザ入力インターフェース１４６及び通信インターフェース１４８は、本明細書に記載される方法と共に使用するのに適した情報を受信することができ、入力装置と称される。
【００３８】
図２は、付加製造システム１００（図１に示される）と共に使用され得る、例示的な熱データ収集装置１２８の斜視図である。図３は、図２に示される例示的な構築層２０１の拡大図である。熱データ収集装置１２８は、コントローラ１３４に結合され、垂直方向１２４で構築層２０１及び粉体床１１１より上に配置された、少なくとも１つの熱センサ２００を含む。例示的な実施形態では、構築層２０１は、部品１０６（図１に示される）を形成する構築層１２０（やはり図１に示される）に結合された、次の付加層である。
【００３９】
例示的な実施形態では、熱データ収集装置１２８は、コントローラ１３４によって、計算装置１３６からの命令に応答して、付加製造システム１００（図１に示される）内に配置可能な、単一の熱センサ２００を含む。たとえば、熱センサ２００は、構築層２０１及び粉体床１１１から熱データを収集するために、第１の所定位置２０４に配置される。加えて、熱センサ２００は、構築層２０１及び粉体床１１１から熱データを収集するために、第２の所定位置２０８に配置可能である。代替実施形態では、熱データ収集装置１２８は、付加製造システム１００内に配置された複数の熱センサ２００を含み、その各々は複数の所定位置の間で個別に配置可能であってもよい。
【００４０】
動作中、エネルギー源１１２からのエネルギービーム１１４は、部品１０６の一部である最新の構築層２０１を形成するために、粉体床１１１の一部分にわたって走査される。エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って走査されると、エネルギービーム１１４は粉体床１１１の部分を選択的に加熱及び溶融し、構築層２０１の一部分を形成するために冷却する溶融プール２１４を形成する。このプロセスは、部品１０６が完全に形成されるまで、部品１０６の各層に対して繰り返される。
【００４１】
エネルギービーム１１４を走査するプロセスは、非限定的に、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って進む方向、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切って進む速度、エネルギービーム１１４のパワー、及び粉体床１１１を横切るエネルギービーム１１４の連続経路間のハッチ間隔を含む、エネルギービーム１１４の特性を変更することを含み得る。エネルギービーム１１４の特性は、一般に、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６によって提供される命令に基づいて制御される。例示的な実施形態では、付加製造システム１００は、コントローラ１３４を通じて計算装置１３６に通信可能に結合された、走査装置１３０及びエネルギー源１１２を含む。走査装置１３０及びエネルギー源１１２の各々は、エネルギービーム１１４を制御するための命令を受信するように構成されている。たとえば、計算装置１３６からの命令に応答して、走査装置１３０は、エネルギービーム１１４が粉体床１１１を横切る方向及び速度を変更するように構成されており、エネルギー源１１２は、エネルギー源１１２のパワー設定を変更し、及び／又はエネルギー源１１２をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。特定の実施形態では、エネルギー源１１２は付加製造システム１００内で再配置可能であり、計算装置１３６は、付加製造システム１００内でエネルギー源１１２を移動させるための命令を提供するように、さらに構成されている。特定の実施形態では、付加製造システム１００は、２つ以上の走査装置１３０及び２つ以上のエネルギー源１１２を含み、これらの各々は、計算装置１３６から受信した命令に応答し得る。
【００４２】
付加製造システム１００の動作中、熱センサ２００は、部品１０６の熱測定値を収集する。本開示の目的のため、熱センサ２００によって収集された部品１０６の熱測定値は、一般に「部品熱データ」と称される。部品熱データは、全体として又は部分的に、付加製造プロセス中に取得される部品１０６の任意の熱測定値を含む。したがって、部品熱データは、非限定的に、構築層２０１などの構築層で取得された熱測定値を含む、部品１０６の形成の間又は後に取得された熱測定値を含む。部品熱データは、粉体床１１１からエネルギービーム１１４によって形成された溶融プールの熱測定値をさらに含む。特定の実施形態では、部品熱データは、たとえば部品１０６が冷却するにつれて、経時的な部品１０６又はそのいずれかの部分の熱特性の変化の分析を容易にするために、測定時間と相関される。
【００４３】
熱データ収集装置１２８が部品熱データを収集すると、部品熱データは計算装置１３６に送信される。計算装置１３６は一般に、付加製造システム１００を制御するためのフィードバックとして部品熱データを使用する。たとえば、部品熱データの受信に応答して、計算装置１３６はエネルギービーム１１４を制御するための命令を発行してもよい。このような命令は、非限定的に、エネルギービーム１１４のパワーを変更すること、エネルギービーム１１４の走査方向を変更すること、エネルギービーム１１４の走査速度を変更すること、エネルギービーム１１４に対応するハッチ設定を変更すること、及びエネルギー源１１２と部品１０６との間の距離を変更することを含む。
【００４４】
例示的な実施形態では、メモリ装置１３６は、たとえば部品１０６に対応する製造計画など、少なくとも１つの製造計画を記憶する。特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は一般に、部品１０６を製造するために、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２（全て図１に示される）のうちの１又は複数を制御するように構成された命令を含む。あるいは、製造計画は、計算装置１３６が部品１０６を製造するための命令を導き出すことができるデータを含む。たとえば、このような代替実施形態では、製造計画は、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数が部品１０６の製造を容易にするための命令を計算装置１３６が生成することができる、部品１０６に対応する幾何学的データを含む。
【００４５】
特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６の熱計画をさらに含む。製造中に部品１０６が冷却するにつれて、部品１０６の部分は、部品１０６の対応する部分の特性に影響を及ぼす微細構造を成長させる。たとえば、微細構造は、非限定的に、強度、靱性、延性、硬度、耐食性、温度ベースの挙動、及び耐摩耗性を含む特性に影響を及ぼす。付加製造の文脈では、部品１０６などの部品の微細構造は一般に、製造プロセス中に部品の部分が受ける加熱及び冷却によって決定づけられる。したがって、熱計画は、部品１０６の一部分について１又は複数の目標温度値を含み、１又は複数の目標温度値は所定の微細構造を実現するための一連の製造プロセス中の、部品１０６の当該部分の目標温度に対応する。１又は複数の目標温度値は、非限定的に、上限温度、下限温度、温度範囲、及び経時的な温度変化を含む温度変化のうちの１又は複数を含む。動作中、プロセッサ１４２は、部品１０６の部分が熱計画に従って製造されているか否かを判断するために、熱データ収集装置１２８から受信した部品熱データを熱計画と比較する。たとえば、動作中、計算装置１３６は、熱データが熱計画に従っているか否かを判断するために、構築層２０１などの部品１０６の構築層に対応する部品熱データを熱計画と比較する。部品熱データを熱計画と比較することは、非限定的に、構築層２０１又はその一部分の温度が温度閾値よりも高いか低いかを判断すること、構築層２０１又はその一部分が温度範囲内であるか否かを判断すること、及び構築層２０１又はその一部分が所望の温度変化率で冷却されているか否かを判断することを含む。
【００４６】
部品熱データが熱計画から逸脱する範囲で、プロセッサ１４２は、部品熱データと熱計画との間の偏差を特定し、偏差を補正するように構成された１又は複数の修正措置を生成し、少なくとも１つの修正措置を実行するように、構成されている。特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、修正措置を反映するために、熱計画の修正を含む、製造計画を修正するように、さらに構成されている。たとえば、動作中、プロセッサ１４２は、構築層２０１の一部分が所望の微細構造を形成するのに十分な高温に到達していないと判断するかも知れない。これに応えて、プロセッサ１４２はエネルギー源１１２の出力を増加させ、製造計画に含まれるエネルギー源１１２のパワー設定を変更することができる。
【００４７】
また、特定の実施形態では、熱計画は、部品１０６の内部の部分に対応する目標温度値を含む。このような実施形態では、熱データ収集装置１２８は、部品１０６の表面のみからの温度測定値の収集に限定されることがある。したがって、プロセッサ１４２は、熱計画の目標温度値と比較するための１又は複数の予測内部温度値を決定するように構成されている。より具体的には、プロセッサ１４２は、部品１０６に対応する内部温度予測モデルを受信した部品熱データに適用することによって、予測内部部品温度値を決定するように構成されている。
【００４８】
さらに、特定の実施形態では、熱データ収集装置１２８によって収集された部品熱データは、部品１０６の製造中に作成された溶融プール２１４に対応する。このような実施形態では、製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含み得る。溶融プール特性は、非限定的に、溶融プールの温度、長さ、幅、深さ、及び容積を含む。動作中、プロセッサ１４２は、少なくとも部分的に、部品熱データに基づいて溶融プール２１４の溶融プール特性を判断し、溶融プール特性と溶融プール計画の目標溶融プール特性との間の偏差を特定するように、構成されている。偏差を特定するのに応えて、プロセッサ１４２は、偏差を補正するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成し、少なくとも１つの修正措置を実行する。特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、溶融プール計画を修正することなどによって、少なくとも１つの修正措置を含むように製造計画を修正するように、さらに構成されている。
【００４９】
特定の実施形態では、プロセッサ１４２は、１又は複数の溶融プール予測モデルを部品熱データに適用することによって溶融プール特性を判断するように構成されている。より具体的には、プロセッサ１４２は、溶融プール２１４の表面温度に対応する部品熱データを受信し、溶融プール特性を判断するために溶融プール予測モデルを部品熱データに適用するように、構成されている。
【００５０】
図４は、付加製造システム１００（図１に示される）を使用して部品を製造するための方法４００を示すフローチャートである。図１及び図４を参照すると、付加製造システム１００は一般に、粉体床１１１と、粉体床１１１から部品１０６の構築層１１６、１１８、及び１２０などの構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービーム１１４を生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源１１２と、を含む。付加製造システム１００は、エネルギー源１１２に結合された計算装置１３６をさらに含む。計算装置１３６は、少なくとも１つのプロセッサ１４２及びメモリ装置１４０を含む。
【００５１】
方法４００は、製造される部品の少なくとも一部分内に形成される所定の微細構造を含む部品モデルデータを受信４０２することを含む。部品モデルデータは、メモリ装置１４０から取得されてもよく、又は計算装置１３６に通信可能に結合されたデータ記憶装置（図示せず）から取得されてもよい。所定の微細構造に加えて、部品モデルデータは、非限定的に、製造されている部品の幾何学的データ、及び粉体床１１１の材料特性を、さらに含んでもよい。
【００５２】
部品モデルデータはその後、製造計画を生成４０４するために使用される。より具体的には、部品モデルデータは、部品モデルデータと一致する部品を製造するための製造命令を生成するように構成された予測モデルに適用される。製造命令はその後、部品を製造するための製造計画に集められる。所定の微細構造を形成することに関して、予測モデルは、非限定的に、所定の微細構造を形成するようにエネルギー源１１２の移動速度、パワー、及びその他のパラメータを制御するための命令を生成するように構成されている。たとえば、いくつかの実施形態では、予測モデルは、部品の一部分をある温度まで上昇させること、その温度を指定された時間にわたって維持すること、及び所定の微細構造の成長を促進するために一定の速度でその部分を冷却させることを容易にするための命令を生成する。
【００５３】
方法は、製造計画を実行４０６すること、及び製造計画の実行中に部品１０６の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することを、さらに含む。部品熱データを受信することに応えて、プロセッサ１４２は、所定の微細構造を形成するようにエネルギー源１１２のエネルギービーム１１４を制御４０４する。エネルギービーム１１４を制御することは、非限定的に、エネルギー源１１２のパワーを変更すること、エネルギービーム１１４の方向を変更すること、エネルギービーム１１４の速度を変更すること、エネルギー源１１２と部品１０６との間の距離を変更すること、エネルギー源１１２をオン状態からオフ状態に変更すること、及びエネルギービーム１１４のハッチ間隔を変更することを含む。
【００５４】
図５は、付加製造システム１００（図１に示される）を使用して部品を製造するための代替方法５００を示すフローチャートである。図１及び図４を参照すると、付加製造システム１００は一般に、粉体床１１１と、粉体床１１１から部品１０６の構築層１１６、１１８、及び１２０などの構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービーム１１４を生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源１１２と、を含む。付加製造システム１００は、エネルギー源１１２に結合された計算装置１３６をさらに含む。計算装置１３６は、少なくとも１つのプロセッサ１４２を含む。
【００５５】
方法５００は、部品１０６を製造するための製造計画を開始５０２することを含む。製造計画は一般に、部品１０６を製造するように付加製造システムを誘導するように構成された命令を含む。たとえば、特定の実施形態では、製造計画は、部品１０６を製造するために、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数を制御するように構成された命令を含む。他の実施形態では、製造計画は、計算装置１３６が部品１０６を製造するための命令を導き出すことができるデータを含む。たとえば、このような実施形態では、製造計画は、垂直アジャスタ１２２、再塗布装置１２６、走査装置１３０、及びエネルギー源１１２のうちの１又は複数が部品１０６（全て図１に示される）を製造するための命令を計算装置１３６が生成することができる、部品１０６に対応する幾何学的データを含む。
【００５６】
特定の実施形態では、製造計画は、熱計画及び／又は溶融プール計画を含む。熱計画は一般に、製造中の部品１０６の部分に対応する温度目標値を含む。同様に、溶融プール計画は、製造中の溶融プール２１４（図３に示される）の目標溶融プール特性を含む。部品１０６の製造中に、プロセッサ１４２は、熱データ収集装置１２８などから部品１０６に対応する部品熱データを受信し、受信した部品熱データ又は少なくとも部分的に部品熱データから導き出されたデータと、製造計画に含まれる熱計画又は溶融プール計画を含む、製造計画との間の偏差を特定５０４する。このような特定は、非限定的に、１又は複数の予測熱値及び／又は予測溶融プール特性を生成するために１又は複数の予測モデルを部品熱データに適用することを含む、部品熱データの追加処理をさらに含み得る。
【００５７】
偏差を特定した後、プロセッサ１４２は、偏差を補正するように構成された１又は複数の修正措置を生成５０６し、修正措置を実行５０８する。修正措置の実行に続いて、プロセッサ１４２は、修正措置を含むように製造計画を修正５１０する。いくつかの実施形態では、製造計画を修正することは、製造計画の命令を修正することを含む。たとえば、製造中に部品１０６の一部分が十分に加熱されていないとプロセッサ１４２が判断した場合、プロセッサ１４２は、エネルギー源１１２のパワー設定を増加させるための命令を含む修正措置を生成し得る。修正措置を実行した後、プロセッサ１４２は、製造計画のその後の実行中に増加したパワー設定が使用されるように、増加したパワー設定を含むように製造計画を修正する。他の実施形態では、製造計画を修正することは、製造計画を生成するために使用される予測モデルの１又は複数のパラメータを修正することを含む。たとえば、製造計画を修正することは、製造計画のその後の生成がエネルギー源１１２の調整されたパワー設定を含むように、エネルギー源１１２のパワーに関連する係数を修正することを含む。
【００５８】
本明細書に記載される付加製造システムの実施形態は、制御された微細構造を有する部品の付加製造を容易にする。これを行うために、本明細書に記載される付加製造システム及び方法は、製造されている部品に対応する部品熱データを受信し、部品熱データに応答して１又は複数のエネルギービームを制御するように構成された、計算装置を含む。したがって、本明細書に記載されるシステム及び方法は、付加製造プロセス中の付加的に製造された部品の熱特性の動的な監視及び制御を容易にする。部品の熱特性を制御することによって、所定の微細構造の形成を促進するために、部品及び／又はその部分の特定の加熱及び冷却が誘導され得る。特定の実施形態では、本明細書に記載される付加製造システムは、製造計画に応じて部品を製造し、少なくとも部分的に、計算装置によって受信された部品熱データに基づいて、製造計画からの偏差を動的に特定及び補正するように構成されている。計算装置は、製造中に得られた任意の修正措置を組み込むように製造計画を修正するように、さらに構成されている。
【００５９】
本明細書に記載される方法及びシステムの例示的な技術的効果は、（ａ）付加的に製造された部品の品質及び一貫性を改善すること、（ｂ）各々がそれぞれの部分の所望の特性のために選択された異なる微細構造を有する、複数の部分を有する部品の製造を容易にすること、（ｃ）付加製造プロセス中の温度制御を改善すること、及び（ｄ）製造計画を反復的に改善及び改良し、それによって引き続き製造される部品の品質及び一貫性を改善すること、を含む。
【００６０】
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伴う。このような装置は通常、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（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される機能を実行することが可能なその他いずれか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む。本明細書に記載される方法は、非限定的に記憶装置及び／又はメモリ装置を含む、コンピュータ可読媒体内で具現化される実行可能命令として符号化されてもよい。このような命令は、処理装置によって実行されると、本明細書に記載される方法の少なくとも一部分を処理装置に実行させる。上記の例は例示に過ぎず、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ように意図するものではない。
【００６１】
付加製造システムの例示的な実施形態は、上記で詳細に説明されている。装置、システム、及び方法は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ方法の動作及びシステムの構成要素は、本明細書に記載される他の動作又は構成要素から独立して別個に利用され得る。たとえば、本明細書に記載されるシステム、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、本明細書に記載される付加製造システムを用いる実践に限定されるものではない。むしろ、１又は複数の実施形態は、他の産業に関連して実施及び利用されてもよい。
【００６２】
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て他の図面には示されない場合があるが、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、その他いずれかの図面の任意の特徴と組み合わせて参照及び／又は請求されてもよい。
【００６３】
この書面による説明は、最良の形態を含む実施形態を開示するため、並びに任意の装置又はシステムを作成及び使用して任意の組み込まれた方法を実行することを含む、任意の当業者が実施形態を実践できるようにするために、例を使用している。本開示の特許性のある範囲は請求項によって定義され、当業者によって想起されるその他の例を含み得る。このようなその他の例は、それらが請求項の文言と相違ない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文言とのわずかな相違しかない同等の構造要素を含む場合に、請求項の範囲内にあると意図される。
【００６４】
本発明のさらなる態様は下記の各節の記載によって示される。
【００６５】
付加製造システムであって、粉体床と、前記粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、前記少なくとも１つのエネルギー源に通信可能に結合された計算装置であって、前記計算装置はプロセッサ及びメモリ装置を備え、前記メモリ装置は、前記部品を製造するための製造計画を実行することであって、前記製造計画は前記部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、前記製造計画の実行中に、前記部品の製造中の前記部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、前記部品の前記一部分内に所定の微細構造を作成するために前記部品熱データを受信するのに応えて前記少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を前記計算装置に実行させるように構成された命令を記憶する、計算装置と、を備える付加製造システム。
【００６６】
前記命令は、前記部品に対応する部品モデルデータを受信することであって、前記部品モデルデータは前記所定の微細構造に対応する、受信することと、前記受信された部品モデルデータを予測モデルに適用することによって前記製造計画を生成することであって、前記予測モデルは、前記部品の前記一部分内に前記所定の微細構造を作成するための製造命令を生成するように構成されている、生成することと、を前記計算装置にさらに実行させる。
【００６７】
前記部品熱データを収集するように構成された少なくとも１つの熱センサをさらに備え、前記計算装置は前記少なくとも１つの熱センサに通信可能に結合されており、前記命令は、前記少なくとも１つの熱センサから前記部品熱データを受信することを前記計算装置にさらに実行させる。
【００６８】
前記少なくとも１つの熱センサは、赤外線センサ、近赤外線センサ、及びフォトダイオードセンサのうちの少なくとも１つを備える。
【００６９】
前記命令は、前記部品熱データを受信するのに応えて、前記少なくとも１つのエネルギー源のパワー設定を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームの走査方向を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームの走査速度を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギー源と前記部品との間の距離を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギー源をオン状態とオフ状態との間で変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームのハッチ間隔設定を変更することと、のうちの少なくとも１つによって前記計算装置に前記少なくとも１つのエネルギービームをさらに制御させる。
【００７０】
前記製造計画は、前記部品の一部分に対する少なくとも１つの目標温度値を含む熱計画をさらに含み、前記少なくとも１つの目標温度値は、前記部品の製造中の前記部品の一部分に対応する。
【００７１】
前記命令は、前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、を前記計算装置にさらに実行させる。
【００７２】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置に基づいて前記製造計画を修正することを前記計算装置にさらに実行させる。
【００７３】
前記少なくとも１つの目標温度値は少なくとも１つの内部目標温度値であり、前記部品熱データは前記部品の表面温度に対応し、前記命令は、少なくとも１つの内部温度予測モデルを前記部品熱データに適用することによって、前記部品の少なくとも１つの予測内部温度値を決定することと、前記少なくとも１つの内部目標温度値と前記少なくとも１つの予測内部温度値との間の偏差を特定することによって、前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、を前記計算装置にさらに実行させる。
【００７４】
前記部品熱データは溶融プールに対応する。
【００７５】
前記製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含む。
【００７６】
前記命令は、前記部品熱データに基づいて前記溶融プールの少なくとも１つの溶融プール特性を判断することと、前記少なくとも１つの溶融プール特性と前記少なくとも１つの目標溶融プール特性との間の偏差を特定することと、前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、を前記計算装置にさらに実行させる。
【００７７】
前記命令は、前記少なくとも１つの修正措置を含むように前記製造計画を修正することを前記計算装置にさらに実行させる。
【００７８】
前記少なくとも１つの溶融プール特性及び前記少なくとも１つの目標溶融プール特性の各々は、前記溶融プールの長さ、前記溶融プールの幅、前記溶融プールの深さ、前記溶融プールの容積、及び前記溶融プールの温度のうちの１つである。
【００７９】
前記部品熱データは前記溶融プールの表面温度に対応し、前記命令は、少なくとも１つの溶融プール予測モデルを前記部品熱データに適用することによって前記少なくとも１つの溶融プール特性を判断することを、前記計算装置にさらに実行させる。
【００８０】
付加製造システムを使用して部品を製造する方法であって、前記付加製造システムは、粉体床と、前記粉体床から部品の構築層を形成するための少なくとも１つのエネルギービームを生成するように構成された少なくとも１つのエネルギー源と、前記少なくとも１つのエネルギー源に結合された計算装置であって、前記計算装置はプロセッサ及びメモリ装置を含む、計算装置とを含み、前記方法は、前記部品を製造するための製造計画を実行することであって、前記製造計画は前記部品を製造するための複数の製造命令を含む、実行することと、前記製造計画の実行中に、前記部品の製造中の前記部品の少なくとも一部分に対応する部品熱データを受信することと、前記部品の前記一部分内に所定の微細構造を作成するために前記部品熱データを受信するのに応えて前記少なくとも１つのエネルギービームを制御することと、を備える方法。
【００８１】
前記部品に対応する部品モデルデータを受信することであって、前記部品モデルデータは前記所定の微細構造に対応する、受信することと、前記受信された部品モデルデータを予測モデルに適用することによって前記製造計画を生成することであって、前記予測モデルは、前記部品の前記一部分内に前記所定の微細構造を作成するための製造命令を生成するように構成されている、生成することと、をさらに備える。
【００８２】
前記少なくとも１つのエネルギー源を制御することは、前記少なくとも１つのエネルギー源のパワー設定を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームの走査方向を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームの走査速度を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギー源と前記部品との間の距離を変更することと、前記少なくとも１つのエネルギー源をオン状態とオフ状態との間で変更することと、前記少なくとも１つのエネルギービームのハッチ間隔設定を変更することと、のうちの少なくとも１つを備える。
【００８３】
前記製造計画は熱計画をさらに含み、前記熱計画は前記部品の一部分に対する少なくとも１つの目標温度値を含み、前記少なくとも１つの目標温度値は、前記部品の製造中の前記部品の前記一部分の温度に対応し、前記方法は、前記部品熱データと前記少なくとも１つの目標温度値との間の偏差を特定することと、前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、をさらに備える。
【００８４】
前記部品熱データの少なくとも一部分は溶融プールに対応し、前記製造計画は、少なくとも１つの目標溶融プール特性を含む溶融プール計画をさらに含み、前記方法は、前記部品熱データの前記一部分に基づいて前記溶融プールの少なくとも１つの溶融プール特性を判断することと、前記少なくとも１つの溶融プール特性と前記少なくとも１つの目標溶融プール特性との間の偏差を特定することと、前記偏差を低減するように構成された少なくとも１つの修正措置を生成することと、前記少なくとも１つの修正措置を実行することと、をさらに備える。
【国際調査報告】
2020505506.tif 000007
2020505506.tif 000008