(57)【要約】【解決手段】本発明は、積層造形を用いて物体を製造する装置の調整方法に関する。この装置は、プロセスチェンバと、物体を材料の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具と、を備える。凝固デバイスが、材料の選択された部分を凝固するために電磁放射ビームを表面レベルに放出するように構成される。凝固デバイスは、フォーカス設定を調整するためのフォーカスメンバを備える。この方法は、異なるフォーカス設定でテストパターンを生成するために、凝固デバイスを制御するステップを備える。テストパターンの特性を決定するために、センサユニットを備えた調整システムが使われる。この特性に基づいて、調整されたフォーカス設定が決定される。【選択図】図１
2020534191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビルドプレートのビルド表面上で積層造形を用いて物体を製造する装置の調整方法であって、
前記装置は、
電磁放射への暴露によって凝固可能な粉末材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
物体を材料の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具と、
材料の選択された部分を凝固するために電磁放射ビームを表面レベルに放出するように構成された凝固デバイスと、
を備え、
前記凝固デバイスは、前記電磁放射ビームのフォーカス設定を調整するためのフォーカスメンバを備え、
前記調整方法は、
センサユニットを備えた調整システムを与えるステップと、
第１のフォーカス設定で第１のテストパターンを生成するために、前記凝固デバイスを制御するステップと、
第２のフォーカス設定で第２のテストパターンを生成するために、前記凝固デバイスを制御するステップと、
前記第１のフォーカス設定で得られた前記第１のテストパターンの第１の特性と、対応する前記第２のフォーカス設定で得られた前記第２のテストパターンの第２の特性とを決定するために、前記調整システムを使用するステップと、
前記第１の特性と前記第２の特性とに基づいて、調整されたフォーカス設定を決定するステップと、
を備える調整方法。
【請求項２】
少なくとも１回は繰り返して実行されることを特徴とする請求項１に記載の調整方法。
【請求項３】
前記材料の槽の表面レベル上の第１の一般位置に関係付けて、前記凝固デバイスの第１の一般位置設定で実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の調整方法。
【請求項４】
繰り返して実行されることは、請求項１に記載の方法が、前記材料の槽の表面レベル上の第２の位置に関係付けて、前記凝固デバイスの第２の一般位置設定で実行されることを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の調整方法。
【請求項５】
第３のフォーカス設定で第３のテストパターンを生成するために、前記凝固デバイスを制御するステップと、
前記第３のフォーカス設定で得られた前記第３のテストパターンの第３の特性を決定するために、前記調整システムを使用するステップと、
前記第１の特性、前記第２の特性および前記第３の特性に基づいて、調整されたフォーカス設定を決定するステップと、
を備える請求項１から４のいずれかに記載の調整方法。
【請求項６】
前記第１の特性および前記第２の特性は、前記センサユニットにより得られた画像に基づいて決定され、
前記第１の特性および前記第２の特性は、コントラスト値、カラー値およびグレー値のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の調整方法。
【請求項７】
前記第１のテストパターンは、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの平行なラインを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の調整方法。
【請求項８】
前記調整されたフォーカス設定を決定するステップは、得られた特性値に関連する関数を、使われるフォーカス設定にフィットするステップを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の調整方法。
【請求項９】
前記関数の最大値または最小値を決定するステップを備え、
前記関数は二次関数であることを特徴とする請求項８に記載の調整方法。
【請求項１０】
複数の格子点に関して調整されたフォーカス設定を決定するために、異なる位置配置の所定の格子が使われ、複数の格子点に関して得られた結果に基づいてフィットを行う追加的なステップを備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の調整方法。
【請求項１１】
前記支持具上に調整プレートを与えるステップと、
前記調整プレート内で、第１のテストパターンおよび第２のテストパターンを生成するステップと、
を備える請求項１から１０のいずれかに記載の調整方法。
【請求項１２】
前記調整プレートはメインボディとコーティング層とを備え、
前記メインボディと前記コーティング層は互いに異なる材料特性を持ち、
前記メインボディは前記コーティング層と異なる色を持つことを特徴とする請求項１１に記載の調整方法。
【請求項１３】
ビルドプレートのビルド表面上で積層造形を用いて物体を製造する装置であって、
電磁放射への暴露によって凝固可能な粉末材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
物体を材料の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具と、
材料の選択された部分を凝固するために電磁放射ビームを表面レベルに放出するように構成された凝固デバイスと、
センサユニットを備えた調整システムと、
を備え、
前記調整システムは、
第１のフォーカス設定で第１のテストパターンを生成するために、前記凝固デバイスを制御し、
第２のフォーカス設定で第２のテストパターンを生成するために、前記凝固デバイスを制御し、
前記第１のフォーカス設定で得られた前記第１のテストパターンの第１の特性と、対応する前記第２のフォーカス設定で得られた前記第２のテストパターンの第２の特性とを決定し、
前記第１の特性と前記第２の特性とに基づいて、調整されたフォーカス設定を決定する
ように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記センサユニットは画像を取得するように構成され、
前記調整システムは、前記第１の特性および前記第２の特性を、前記センサユニットにより得られた画像に基づいて決定するように構成され、
前記調整システムは、前記第１の特性および前記第２の特性として、コントラスト値、カラー値およびグレー値のうちの少なくとも１つを決定するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記調整システムは、第１のテストパターンとして、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの平行なラインを生成するように構成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記調整システムは、使われるフォーカス設定に関連する関数を、得られた特性値にフィットすることにより、調整されたフォーカス設定を決定するように構成されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記調整システムは、前記関数の最大値または最小値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形を用いて物体を製造する装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリンティングまたは積層造形とは、３次元物体をプリントするための任意の様々な処理のことをいう。例えばポリマー製品の大量生産は、射出成形などの従来技術を用いてより廉価に実現できる。しかしながら３次元物体の比較的少量の生産は、３Ｄプリンティングまたは積層造形を用いてより高速かつ柔軟かつ廉価に実現できる。
【０００３】
積層造形は、将来さらに重要となると考えられる。なぜなら製造会社は、一定の高品質を保ちながら製品製造を経済化することのみならず、製品開発の分野における時間とコストの節約に関しても、一層強い圧力を競争相手から受けるからである。また製品の寿命は常に短縮化されている。製品の成功には、品質とコストに加えて、市場導入のタイミングがますます重要になってきている。
【０００４】
３Ｄ物体を製造する目的で、粉末又は液体の材料を選択的に層的な方法で焼結することにより、３次元物体を製造することができる。特に、所望のデザインを層ごとに形成するためにコンピュータ制御された積層造形装置を用いて、複数の層を連続的に焼結することができる。積層処理は主にコンピュータ制御の下で使われ、材料の連続層が積層される。これらの物体は、３Ｄモデルその他の電子データのソースから製造され、ほぼ任意の形または形状にすることができる。
【０００５】
３次元物体をプリントするためには、コンピュータデザインパッケージや３Ｄスキャナーなどにより、プリント可能なモデルを作成する必要がある。入力は通常、ＳＴＬファイル、ＳＴＥＰファイルまたはＩＧＳファイルなどの３Ｄ−ＣＡＤファイルである。ＣＡＤファイルから物体をプリントする前に、ファイルはソフトウェアで処理される必要がある。このスライサーは、モデルを一連の薄い層に変換する。さらにこれらの層の各々の作成を制御するための装置設定とベクトルが生成される。
【０００６】
連続断面から３Ｄ物体を形成することを目的に、材料の連続層を積層するために、コンピュータ制御の積層造形装置に備えられるレーザが、これらの装置設定とベクトルに続く。これらの層はＣＡＤモデルからの仮想的な断面に対応するため、最終的な３Ｄ物体を生成するために、このプロセス中に結合または融合される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３次元物体の製造、特に積層造形を用いた金属物体の製造における課題の１つは、選択された層部分をいかに正確に焼結するかにある。
【０００８】
従って本発明の目的は、積層造形を用いて物体を製造する装置の精度を改善することにある。特に本発明の目的は、レーザのフォーカシングの精度を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本発明は、ビルドプレートのビルド表面上で積層造形を用いて物体を製造する装置を調整する方法を与える。この装置は、
電磁放射への暴露によって凝固可能な粉末材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
物体を材料の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具と、
材料の選択された部分を凝固するために電磁放射ビームを表面レベルに放出するように構成された凝固デバイスと、を備える。凝固デバイスは、電磁放射ビームのフォーカス設定を調整するように構成されたフォーカスメンバを備える。このようにして正しいフォーカスが設定される。
【００１０】
本発明によれば、本方法は、センサユニットを備えた調整システムを与えるステップを備える。この調整システムは、本発明に係る方法の１つ以上のステップを実行するおよび／または制御するように構成されてよい。特に調整システムは、後述するように、凝固デバイスで生成されるテストパターンの特性を決定するように構成される。調整システムは、上記装置の一部であってもよいし、スタンドアロンのユニットであってもよい。
【００１１】
本発明に係る方法では、凝固デバイスは、第１のフォーカス設定で第１のテストパターンを生成し、第２のフォーカス設定で第２のテストパターンを生成するように制御される。その後、第１のフォーカス設定で得られた第１のテストパターンの第１の特性を決定し、第２のフォーカス設定で得られた第２のテストパターンの第２の特性を決定するために、調整システムが使われる。
【００１２】
第２のフォーカス設定は、第１のフォーカス設定と異なる。このようにして、異なるフォーカス設定を互いに比較し、調整されたまたは最適なフォーカス設定を決定することができる。第２のテストパターンは、第１のテストパターンと正確に同じ位置で生成されてもよい。例えば、第１のテストパターンは第１の調整プレート上で生成されてよく、第１の特性を決定するために、このテストパターンは解析されてよい。その後、新たな調整プレートが与えられ、この第２の調整プレート上で、第１のテストパターンが生成されたのとまったく同じ位置で第２のテストパターンが生成されてよい。その後この第２のテストパターンは解析されてよい。これに代えて、第１および第２のテストパターンは、第１の一般位置で生成されてもよい。
この場合第１および第２のテストパターンは、それぞれの上に直接生成されず、（例えば１つの調整プレート上で）実質的に互いに隣接して生成される。
【００１３】
いずれの場合も、一旦第１および第２のテストパターンが生成され解析されると、従ってこれらのテストパターンの第１および第２の特性が決定されると、これら第１および第２の特性は、調整されたフォーカス設定の基礎となるものを形成する。例えば、凝固デバイスの所望のフォーカス設定として、第１および第２のフォーカス設定の１つが選択されてよい。これに代えて、取得された特性を処理することにより、調整されたまたは最適なフォーカス設定が得られてもよい。例えば、取得された特性が予め定められた値と比較され、調整されたフォーカス設定を得るために内挿を使うことが考えられる。本発明のある実施の形態では、得られた結果に関数がフィットされ、フィットされた関数の最大値（または最小値）に基づいて最適値が決定される。これについては、本発明の特定の実施の形態に関連して詳しく説明する。
【００１４】
いずれの場合も本発明に係る方法により、テストパターンの特性に基づいて、調整されたフォーカス設定を決定することができる。この結果、精度が向上し、特に装置のフォーカス設定が改善される。従って、本発明の目的が達成される。
【００１５】
前述のフォーカスメンバは、ガルバノミラー部品を備えてよい。ガルバノミラー（追加的なＦーθスキャンレンズを使わずに）を使う装置では、システムのジオメトリは、正確なフォーカス結果を得るには単一のフォーカス設定では不十分である。一般にシステムは、システムの光軸と平行なフォーカスに関して最適化される。材料の槽表面上におけるレーザのｘｙ位置を光軸に関して変えると、レーザビームの光路は少し長くなる。ガルバノミラー部品の特性に起因して、この効果は凝固される材料の槽の端部で最も大きい。すべてのｘｙ位置で正確なフォーカスを示すために、一般的には球面状の修正マトリックスが使われる。複数の不連続な位置における凝固デバイスのフォーカスをさらに改善するために、その後本発明に係る方法が使われてもよい。直接測定されていないｘｙ位置について改善されたフォーカス設定を得るために、本方法は、これらの１つ以上の不連続な位置で得られた結果を内挿するステップをさらに備えてもよい。
【００１６】
以下、本発明に係る有利な実施の形態を説明する。
【００１７】
ある実施の形態では、この方法は少なくとも１回繰り返される。例えばフォーカス設定の時間に関係する変化に対応するために、この方法は特定のインターバルで繰り返されてよい。追加的にまたは代替的に、凝固デバイスの異なる位置設定のために、この方法は繰り返されてもよい。こうしてこの方法は、材料の槽の表面レベルおける第１の一般位置に関係する凝固デバイスの第１の一般位置設定で実行されてよく、さらに材料の槽の表面レベルおける第２の一般位置に関係する凝固デバイスの第２の一般位置設定で実行されてよい。この方法を繰り返すことは、上述で定義された本発明係る方法を、材料の槽の表面レベルおける第２の一般位置に関係する凝固デバイスの第２の一般位置設定で実行することを含んでもよい。第１および第２の一般位置は実質的に互いに異なる。
【００１８】
装置が複数の凝固デバイスを備え、これらの凝固デバイスの各々が対応する電磁放射ビームのフォーカス設定を調整するためのフォーカスメンバをそれぞれ備える場合、前述の方法を繰り返すと有利だろう。この方法を使うことにより、複数の凝固デバイスで信頼性の高い調整が得られる。
特に複数の凝固デバイスは、同じパワー設定で動作するように、または互いに異なるパワー設定で動作するように構成されてよい。
【００１９】
装置がたがいに異なるパワー設定で動作するとき、前述の方法を繰り返すと有利だろう。この方法は、第１のパワー設定で実行されてよく、その後第１のパワー設定と異なる第２のパワー設定で繰り返されてよい。これにより、異なるパワー設定で装置をフォーカス調整することができる。
【００２０】
ある実施の形態では、格子点で調整されたフォーカス設定を得るために、所定の異なる位置設定の格子が使われる。ある有利な実施の形態では、格子点で装置を調整するために、所定の異なる位置設定の格子が使われる。格子は、長方形の格子であっても、正方形の格子であってもよいし、別のジオメトリも考えられる。こうして、ビルドプレート全体で、すなわち材料の槽の表面領域全体でフォーカス設定を調整することができる。
【００２１】
特にこの方法は、複数の格子点に関して得られた結果に基づいてフィットを行う追加的なステップを備える。これにより、すべての局所的な誤差が修正または平均化され、調整されたフォーカス設定が格子全体で（すなわち、格子点だけでなく）得られる。
【００２２】
ある有利な実施の形態では、第３のフォーカス設定で第３のテストパターンが使われる。さらなるフォーカス設定でさらなるテストパターンが使われてもよい。この実施の形態では、この方法は以下のステップを備える。
第３のフォーカス設定で第３のテストパターンを生成するために、凝固デバイスを制御するステップ。
第３のフォーカス設定で得られた第３のテストパターンの第３の特性を決定するために、調整システムを使用するステップ。
第１の特性、第２の特性および第３の特性に基づいて、調整されたフォーカス設定を決定するステップ。
【００２３】
異なるフォーカス設定でさらなるテストパターンを使うことにより、さらに正確なフォーカス設定を決定することができる。特に、少なくとも５個、好ましくは少なくとも７個、さらに好ましくは９個、あるいは例えば１１個のフォーカス設定を使うことが考えられる。テストされるフォーカス設定は、期待値または名目値（「ゼロ」値）を備えてもよい。この値は、凝固デバイスおよびビルド表面の幾何学的設定と独立な計算に基づいてよい。テストされるフォーカス設定は、正または負の摂動を備えてよい。テストされるフォーカス設定の範囲は、一定の間隔を持ってよい。例えば、フォーカス設定は、−１０、−５、０、５および１０であってよい（任意単位）。
【００２４】
ある実施の形態では、対応する第１および第２の特性は、センサユニットにより得られた画像に基づいて決定される。センサユニットは、第１のテストパターンを生成するために使われる。センサユニットはまた、第２のテストパターンを生成するために使われる。センサユニットにより生成された画像は、第１のテストパターンと第２のテストパターンの両方を含んでもよい。場合によっては、画像は第３およびさらなるテストパターンを含んでもよい。好ましくは、テスト位置ごとに１つの画像が生成される。これは、第１の画像は第１の一般位置に関して生成され、第２の画像は第２の一般位置に関して生成されることを意味する。画像が１つのテスト位置に関する複数のテストパターンを含むときは、２つのテストパターンを互いに直接比較することができる。２つ（以上）の画像を互いに比較するときは、標準的な画像化プロトコルを使うこと、または複数の画像を規格化することが必要となる。これにより画像は微妙に変化するが、これは望ましいことではない。単一の画像を使うことによりこの欠点が解決され、より正確な比較が可能となる。
【００２５】
センサユニットは、当該センサユニットにより得られた画像が、凝固デバイスと同軸であるように構成され設計されてよい。これは、テストパターンが生成されるとき、センサユニットにより得られた画像のｘｙ位置が、凝固デバイスのｘｙ位置セットと同じ（またはほぼ同じ）であることを意味する。これにより、ｘｙ位置セットと決定されたフォーカス設定との間のある種のフィードバックが得られる。
【００２６】
ある実施の形態では、特性は、コントラスト値、カラー値およびグレー値のうちの少なくとも１つを含む。調整されたフォーカス設定を決定するために、これらの値の１つ（またはそれ以上）は互いに比較されてよい。特に調整されたフォーカス設定を決定するために、各テストに関する平均グレー値が使われてよい。
【００２７】
例として、レーザが金属プレート上にマークを作る状況を考える。フォーカスが合っていないとき、レーザは金属プレート上に視認可能なマークを作れないだろう。フォーカスが改善されると、マークは少し見えるようになる。フォーカスが１点に合うと、一般にマークは鮮明に見えるだろう。これにより、マークと周辺の金属プレートとの間のコントラストが比較的高くなるだろう。さらに、フォーカス精度が上がると、異なるテストパターンの平均グレー値が上がるまたは下がるだろう。従ってこの性質は、フォーカスが合っているか否かを決定することに使えるだろう。
【００２８】
ある実施の形態では、第１のテストパターンは、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの平行なラインを含む。これにより、画像内に表示されるテストパターンのいくつかのパラメータを解析することができる。
【００２９】
ある実施の形態では、調整されたまたは最適なフォーカス設定を決定するステップは、得られた特性値に関連する関数を、使われるフォーカス設定にフィットするステップを含む。得られたデータ点を通る関数をフィットすることにより、使われるフォーカス設定と独立に、最適な調整されたフォーカス設定を解析、決定および／または計算することができる。
【００３０】
ある実施の形態では、この方法は、前述の関数の最大値または最小値を決定するステップを含む。これにより、調整されたフォーカス設定を、テスト設定として使われることのないフォーカス設定とすることができる。例えば、［−１０、−５、０、５、１０］の範囲のフォーカス設定を考える。これらについてのフォーカス設定に定められ、その特性が解析された後、データセットに二次関数（または同様の、または別の関数）がフィットされる。このフィットに基づいて、フォーカス設定−７（これはテストされていない点である）での二次関数の最大値が計算される。従って関数の最大値または最小値を決定することにより、多くの設定をテストすることなく、より正確にフォーカス設定を決定することができる。
【００３１】
前述のように関数は二次関数であってよいが、他の関数、特に多項式関数であってもよい。
【００３２】
ある有利な実施の形態では、この方法は、支持具上に調整プレートを与えるステップと、この調整プレート内で、第１のテストパターンおよび第２のテストパターンを生成するステップと、を備える。第１および第２のテストパターンは、１つの調整プレート内で生成される。さらに多くの位置でフォーカスを調整する必要があるときも、この１つの調整プレートを使うことができる。装置内にさらに多くの凝固デバイスが存在するときも、この１つの調整プレートを使うことができる。同じ調整プレート内で、さらに多くのテストパターンを生成することもできる。
【００３３】
ある実施の形態では、調整プレートはメインボディとコーティング層とを備える。メインボディとコーティング層は互いに異なる材料特性を持つ。特にメインボディはコーティング層と異なる色を持つ。コーティング層の厚さは、正しく（または、ほぼ正しく）フォーカスが合ったときに、電磁放射がこのコーティング層を除去できるような厚さであることが望ましい。これにより、正しい（または、ほぼ正しい）フォーカスが得られたとき、調整プレートの照射を受けた部分と受けていない部分との間のコントラストが最大となる。これにより、コントラスト値または平均グレー値に基づいて、画像を解析することができる。
【００３４】
ある態様では、本発明は、ビルドプレートのビルド表面上で積層造形を用いて物体を製造する装置を与える。この装置は、
電磁放射への暴露によって凝固可能な粉末材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
物体を材料の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具と、
材料の選択された部分を凝固するために電磁放射ビームを表面レベルに放出するように構成された凝固デバイスと、
センサユニットを備えた調整システムと、
を備える。
調整システムは、
第１のフォーカス設定で第１のテストパターンを生成するために、凝固デバイスを制御し、
第２のフォーカス設定で第２のテストパターンを生成するために、凝固デバイスを制御し、
第１のフォーカス設定で得られた第１のテストパターンの第１の特性と、対応する第２のフォーカス設定で得られた第２のテストパターンの第２の特性とを決定し、
第１の特性と第２の特性とに基づいて、調整されたフォーカス設定を決定するように構成される。
【００３５】
本発明に係る装置により、フォーカス調整を比較的簡単かつ迅速かつ高信頼に実行できる。フォーカス調整は繰り返されてもよい。例えば、よりよい結果を得るために最初のフォーカス調整の直後に繰り返されても好いし、および／または、正しいフォーカスがより長時間持続するように一定のインターバルで繰り返されてもよい。さらに調整システムを装置に組み込むことにより、自律的で客観的な調整が可能となる。これにより、調整（特に異なる位置での、さらには異なる時間帯での）がより高信頼なものとなる。さらなる利点は、前述の本発明に係る方法の説明で明らかにした。
【００３６】
ある実施の形態では、センサユニットは画像を取得するように構成され、調整システムは、第１の特性および第２の特性を、センサユニットにより得られた画像に基づいて決定するように構成される。特に調整システムは、第１の特性および第２の特性として、コントラスト値、カラー値およびグレー値のうちの少なくとも１つを決定する。
【００３７】
ある実施の形態では、調整システムは、第１のテストパターンとして、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの平行なラインを生成するように構成される。第２のテストパターンとして、同じパターンが生成されてもよい。好ましくは、さらなるパターンが同じパターンを利用する。
【００３８】
ある実施の形態では、調整システムは、使われるフォーカス設定に関連する関数を、得られた特性値にフィットすることにより、調整されたフォーカス設定を決定するように構成される。さらに調整システムは、この関数の最大値または最小値を決定するように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【図１】本発明に係る、積層造形を用いて物体を製造する装置の模式的な概観図である。
【図２】凝固デバイスから回転可能な偏向ユニットを介して材料槽に放射された電磁放射の模式的な概観図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る方法が備えるステップの模式図である。
【図４】本発明のさらなる実施の形態に係る方法が備えるステップの模式図である。
【図５】本発明に係る方法で利用可能な調整プレートの模式図である。
【図６】図５に示される調整プレートを用いて、本発明に係る方法により生成できる調整パターンの模式図である。
【図７】本発明に係る装置の最適設定の決定を示す概観図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、積層造形を用いて物体２を製造する装置１の概観を示す。装置１は、いくつかのフレーム部品１１、１２、１３から作られる。この装置は、凝固可能な材料４の槽を受けるためのプロセスチェンバ３を備える。下側フレーム部品１１内で、シャフトが形成される。ここで、物体２（単数でも複数でもよい）を材料４の槽の表面レベルに関係付けて配置するための支持具５が与えられる。支持具５は、シャフト５０内に動作可能に与えられる。これにより、ある層が凝固された後、支持具５が下げられ、さらなる材料の層が、すでに形成された物体２の頂部で凝固されることができる。装置１の頂部１３の内部に、材料の選択された部分を凝固させるために、凝固デバイス７が与えられる。図示された実施形態では、凝固デバイス７はレーザデバイスである。このレーザデバイスは、支持具に与えられた粉末材料を溶解させる目的で、レーザビーム７１の形で電磁放射を生成するように配置される。その後この粉末材料は冷却され、製造される物体の凝固部分を形成する。しかしながら本発明は、上記のタイプの凝固デバイス７に限定されない。図示されるように、レーザデバイス７から照射される電磁放射７１は、偏向ユニット７４を用いて屈折される。この偏向ユニット７４は、照射された放射７１を、材料４の層の表面Ｌに向けて導くために、回転可能な光学部品７５を使用する。放射は、偏向ユニット７４の位置に応じて、例えば放射線軸７２、７３に沿って放射されてよい。凝固デバイス７は、フォーカス部品７６を備える。このフォーカス部品７６は、放射のフォーカスを調整する（例えば、光線７２の光路が光線７３に比べて長くなるように調整する）ために使うことができる。
【００４１】
装置１は、材料４の槽の表面を水平にするために、槽の表面Ｌに沿ってずらすことのできるリコート装置（図示しない）をさらに備えてもよい。このようなリコート装置自体は当業者に既知である。本発明に係る方法では、槽の表面レベルにおける所定のフォーカス精度のフォーカス設定を目的とする。なぜなら、凝固デバイスが凝固材料に関して精度を要求するのは、表面レベルにおいてだからである。
【００４２】
本発明に係る装置１は、センサユニット８１を備えた調整システム８を備える。センサユニット８１は、材料４の表面レベルＬに（材料４がないときは、支持具５に）導かれる。調整システム８は、ライン８２を用いて装置１に接続される。以下に説明するように、これにより調整システム８は凝固デバイスを制御できる。調整システム８は、装置１に固定された部品であってよいし、多かれ少なかれ、フォーカス設定が必要なときに装置１に接続されるモジュラー部品であってよい。調整システムとセンサユニット８１の詳細は以下で明らかになる。センサユニット８１は、材料の槽の表面レベルＬ、支持具上にあるその他の材料、または支持具自体を画像化するための画像センサを備えてもよいことに注意する。この画像センサは、画像センサの光路が凝固デバイスの光路と一致するように構成されてもよい。これは同軸画像センサと呼ばれる。
【００４３】
図２は、レーザビーム７１、回転可能な光学部品７６および材料４の層の表面Ｌに導かれた放射の模式的な詳細を示す。ここで光線７３と７２は、回転可能な光学部品７５の異なる角度位置に関する放射を示す。回転可能な光学部品７５が使われることにより、一般的にカーブした焦点面７９が得られる。ビルドプレート５１（および材料４の層）は平面である。従って所定の位置ｘｓに関し、ｚ方向のフォーカスオフセットδｚが発生する。従って、凝固デバイス７、偏向ユニット７４および支持具５上のビルドプレート５１の幾何学的セットアップは、一般的なフォーカスオフセットを持つ。このフォーカスオフセットは、いわゆる一般フォーカス設定によって補償される。一般フォーカス設定は、所定のｘ位置に基づいてフォーカスを調整する。一般フォーカス設定は、ルックアップテーブルに組み入れられてもよく、材料の層上の位置に応じてフォーカスを変えるために装置で利用されてもよい。この一般フォーカス設定は、任意の与えられた位置に関する「ゼロ」設定と呼ばれる。ビルドプレート上の位置が異なれば、この「ゼロ」設定の実際のフォーカスも異なることは当業者には明らかだろう。これは幾何学的セットアップの結果である。
【００４４】
フォーカスをさらに改善するために、本発明に係るフォーカス調整が適用されてよい。
【００４５】
図３に模式的に示される通り、本発明に係る方法は、第１の位置で以下のステップを備える。
ｉ）複数のフォーカス設定に対応する複数のテストパターンを作るステップ。
ｉｉ）複数のテストパターンの各々に対応する複数の特性を決定するステップ。
ｉｉｉ）複数の特性に基づいて、調整されたフォーカス設定を決定するステップ。
ｉｖ）第１の位置に関する調整されたフォーカス設定を組み入れるステップ。
【００４６】
必要であれば、この方法は、第１の位置に限らず異なる位置に関して繰り返されてもよい。すなわち第２の位置や、例えば少なくとも第３の位置も本発明の方法で徴されてもよい。この方法は、所定の格子の複数の格子点に関して、調整されたフォーカス設定を決定するために使われてもよい。
【００４７】
図４は、本発明に係る方法のさらなる実施の形態を模式的に示す。本方法は、少なくとも第１の位置で以下のステップを備える。
Ｉ）複数のフォーカス設定に対応する複数のテストパターンを作るステップ。
ＩＩ）複数のテストパターンの各々に対応する複数の特性を決定するステップ。
ＩＩＩ）これらの特性を複数のフォーカス設定に関係付けるステップ。
ＩＶ）関数を、領域としてフォーカス設定に、余域として結果特性にフィットさせるステップ。
Ｖ）これらのデータにフィットされた関数の最小値または最大値を決定するステップ。
ＶＩ）第１の位置に関する調整されたフォーカス設定を組み入れるステップ。
【００４８】
ここでも必要であれば、この方法は、第１の位置に限らず異なる位置に関して繰り返されてもよい。すなわち第２の位置や、例えば少なくとも第３の位置も本発明の方法で徴されてもよい。この方法は、所定の格子（特に構造格子）の複数の格子点に関して、調整されたフォーカス設定を決定するために使われてもよい。ある実施の形態ではこの方法は、内挿されたフォーカス設定を得るために、複数の格子点に関して得られた結果を内挿するステップを追加的に備える。
【００４９】
ある実施の形態では、この方法は、格子に関して得られた調整されたフォーカス設定に所定の関数をフィットさせるステップを備える。これにより、調整中に得られたすべての誤差および／または外れ値が平均化される。この結果、一般にスムーズで正確なフォーカス設定が格子全体で得られる。
【００５０】
この実施の形態に係る方法を、図５−図７を参照してさらに説明する。
【００５１】
図５は、本方法で利用可能な調整プレート２１を模式的に示す。調整プレート２１は、調整ボディ２２と、コーティング層２３と、を備える。調整プレート２１は金属プレートであってよい。コーティング層２３は、調整ボディ２２と異なる色を持つ比較的薄い層であってよい。この場合、コーティング層２３を腐食させることにより、異なる色の調整ボディ２２が現れる。有利なことに、これは、適用されたフォーカス設定が最適であるか否かを決定することに利用可能である。
【００５２】
図６は、例えば図５に示される調整プレート２１に全部で９個のテストパターンａ−ｉが与えられる様子を示す。ここでは、連続する９個テストパターンａ−ｉの中で、複数の異なるフォーカス設定が使われる。例えばテストパターンｅは、一般（「ゼロ」）フォーカス設定を使ってよい。テストパターンａは負の設定で実行されてよく、テストパターンｉは正の設定で実行されてよい。対応するテストパターン［ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ］に関し、フォーカス設定は［−２０、−１５、−１０、−５、０、５、１０、１５、２０］であってよい。
【００５３】
図６に、テスト正方形ａ−ｉの各々に関し、全部で８本のラインを含むテストパターンが形成される様子が見られる。これらのライン、およびラインの数は例示である。別のパターンおよび／または別の要素数を使ってもよいことは、当業者に明らかだろう。これらの図の中で、ラインのないテストパターン９１も見られる。フォーカス設定が進むにつれ、ライン９１−９４はより鮮明で明確となり、ライン９５を持つテストパターンｅで最適となる。その後のフォーカス設定では、ライン９６−９９の視認性が低下していき、テストパターンｉでライン９９はまったく見えなくなる。
【００５４】
図５の調整プレート２１が使われた場合、図６の結果は逆転することに注意する。これは白い部分は実際には黒であり、黒い部分は実際には白であることを意味する。これは、調整プレート２１の黒色コーティングは、フォーカスが合っていないときは黒であり続けるのに対し、フォーカスが合うと除去されることによる。
【００５５】
９個のテストパターンａ−ｉの画像を作るために、多かれ少なかれ自動化された方法でセンサユニット８１が使われてもよい。特性値を得るために、１つの画像上で画像解析が実行されてもよい。示された例では、特性値は、テスト正方形ａ−ｉの平均グレー値である。
【００５６】
本発明に係る方法は、第１のパワー設定で実行されてもよく、第１のパワー設定と異なる第２のパワー設定で繰り返されてもよいことに注意する。図６では、これは、第１のパワー設定で９個のパターンが作られてよく、その後第２のパワー設定で追加的な９個のパターン（例えば、最初の９個のパターンに近いもの）が作られてよいことを意味する。これにより、異なるパワー設定で装置をフォーカス調整することができる。
【００５７】
図７は、異なるテストパターンａ−ｉに関するフォーカス設定に対して、特性値がプロットされる様子を示す。特性値（ここでは平均グレー値）は、テストサンプルｃおよびｄでは比較的高く、テストサンプルａ、ｇ、ｈおよびｉでは比較的低い。唯一の最適なフォーカス設定があることが期待されるため、データ点ｙａ−ｙｉに二次関数がフィットされてよい。関数がフィットされた後、最大値ｙｍと、これに対応する調整されたフォーカス設定ｘｍが決定される。その後このフォーカス設定は、この位置に関する設定として使われてよい。図７に示されるステップは、完全に調整システム内で実行されてもよい（すなわち、データ点とフィットされたグラフを実際にプロットすることなく）。調整をさらに改良するために、反復的なステップが使われてもよい。これは、更新されたフォーカス設定が装置に導入され、本発明に係る方法が繰り返されることを意味する。このようにして更新されたフォーカス設定が得られる。
【００５８】
本発明に係る方法および装置によって、正確なフォーカス設定が可能となる。いくつかの形態を図面を参照して説明した。望まれる保護の範囲は、添付の請求項によって定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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