(57)【要約】連続する材料の層（１４）から３次元物体（１６）を製造するための付加製造システム及び方法が提供される。付加製造システム（１０）は、エネルギー（２２）を層（１８）内の指定された領域に入力して材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリ（２０）と、複数のイメージセンサ（３０，３２，３４）であって、イメージセンサのそれぞれが、材料の層（１８）の少なくとも一部をカバーする対応する視野（３５，４０，４２）を有し、視野のそれぞれがイメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする、複数のイメージセンサと、イメージセンサ（３０，３２，３４）のそれぞれからの画像データをキャプチャするイメージプロセッサ（５６）とを有する。イメージプロセッサ（５６）は、イメージセンサ（３０，３２，３４）のそれぞれの露光時間を制御し、イメージセンサからの画像データを組み合わせて、各材料の層（１４）の指定された領域全体にそれぞれ入力されるエネルギーの単一の空間的に解像した画像を、データ閾値との比較のために提供し、指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止める。
2020519762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムであって、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリと、
複数のイメージセンサであって、前記イメージセンサのそれぞれが、前記材料の層の少なくとも一部をカバーする対応する視野を有し、前記視野のそれぞれが前記イメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする、複数のイメージセンサと、
前記イメージセンサのそれぞれからの画像データをキャプチャするイメージプロセッサとを備え、
使用中に、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれの露光時間を制御し、前記イメージセンサからの画像データを組み合わせて、各材料の層の前記指定された領域全体にそれぞれ入力されるエネルギーの単一の空間的に解像した画像を、データ閾値との比較のために提供し、前記指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止める
付加製造システム。
【請求項２】
前記露光時間は、互い違いに配置されており、かつ、少なくとも部分的に互いにオーバーラップする
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
前記単一の空間的に解像した画像からの画像データは、前記レーザースキャンヘッドによって辿られる個々のレーザー軌跡に対応する関連する強度値を有するスキャンベクトルに分解される
請求項２に記載の付加製造システム。
【請求項４】
前記イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、又はサイエンティフィックＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）アレイである
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項５】
前記イメージプロセッサは、対応する視野の間でオーバーラップする領域内にエネルギー入力点があるときに、前記イメージセンサを選択的に起動及び停止するように構成されている
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項６】
前記エネルギー投射アセンブリは、連続する層の間で所定の停止期間、停止するように構成され、前記イメージプロセッサは、前記イメージプロセッサが前記連続する層のそれぞれのエネルギー入力プロセスの終了を検出することができるように、前記イメージセンサを起動及び停止して、前記所定の停止期間の半分未満のキャプチャ期間内に前記単一の空間的に解像した画像をキャプチャするように構成されている
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記材料の層を支えるビルドプラットフォームを収容するためのビルドチャンバを更に備え、前記ビルドチャンバは、製造プロセスを観察するための１つ以上の観察窓を有し、前記イメージセンサは、前記ビルドチャンバの外側に取り付けられ、１つ以上の前記観察窓を通して前記ビルドプラットフォームを観察する
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項８】
前記イメージセンサは、前記ビルドプラットフォーム上の前記材料の層を観察するために前記層の法線に傾斜した角度で配置され、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれからの画像データを、パースペクティブを補正するために処理するように構成されている
請求項８に記載の付加製造システム。
【請求項９】
前記イメージセンサは、それらの光軸が前記層に垂直であるように、前記材料の層の真上に配置される
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１０】
前記イメージプロセッサは、前記指定された領域の前記単一の空間的に解像した画像の画像データを、前記エネルギー投射アセンブリのフィードバック制御のために使用するように構成されている
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１１】
前記システムは、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）システム、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）システム、又はレーザー粉末床溶融結合（Ｌ−ＰＢＦ）システムであり、前記イメージセンサは、前記層内の対象領域にわたってスキャンするエネルギー入力点における溶融材料からの光放射を記録するように構成されている
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１２】
前記システムは、電子ビーム溶融システムである
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１３】
前記システムは、マスクされたエネルギー投射システムであり、このシステムにおいては、対象領域の全体が対応する形状のエネルギービームに同時に暴露される
請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項１４】
前記システムは、立体リトグラフィ（ＳＴＬ）システム又はデジタル光投射（ＤＬＰ）システムである
請求項１３に記載の付加製造システム。
【請求項１５】
連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムであって、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリと、
前記材料に入力されたエネルギーを示すデータを受信し、それによって、エネルギー入力が十分ではない前記指定された領域の部分を、所定の品質要求基準を満たさない欠陥部分として識別するように構成されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリを機能的に制御して前記欠陥部分にエネルギーを選択的に与える
付加製造システム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリへの入力パワーを変化させて前記材料への入力エネルギーを調整するように更に構成されている
請求項１５に記載の付加製造システム。
【請求項１７】
前記欠陥部分に選択的に与えられるエネルギーは、前記プロセッサによって制御されて前記材料にカスタマイズされた微細構造を与える
請求項１６に記載の付加製造システム。
【請求項１８】
前記カスタマイズされた微細構造は、前記指定された領域の残りの部分における前記材料の微細構造とは異なる
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項１９】
前記エネルギー投射アセンブリは、スキャンするエネルギービームを有し、前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のプロセスパラメータ、すなわち、
スキャン速度、
スキャン加速度、
スキャン方向、
隣接するスキャントラック間の間隔であるハッチ距離、
もしあれば、前記エネルギービームによってスキャンされる領域と前記欠陥部分との間の差であるオフセット距離、
エネルギービームの入力スポットサイズが変わるビームフォーカス、及び
前記エネルギービームのパワーを変えるビーム入力パワー変調、
のうちの１つ以上を選択的に制御するように構成されている
請求項１５に記載の付加製造システム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のスキャンパターン、すなわち、
通常のハッチングスタイルパターンにおいてエネルギービームのスキャントラックが前後に伸長する方向性ラスタリング、
前記エネルギービームが前記欠陥部分に近い固定位置に指定された期間保持される点露光、
前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する分離したループの、等高線状のネステッドラスタリングであるネステッドコンターループ、及び
前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する連続したループの、等高線状のネステッドラスタリングであるスパイラルワインディング、
のうちの１つ以上を選択する
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項２１】
前記プロセッサは、前記欠陥部分をいくつかの小部分に分割して前記エネルギーを前記小部分のそれぞれに異なるプロセスパラメータを用いて与えるように構成されている
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項２２】
前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを、前記欠陥部分が前記材料の少なくとも１つの以前の層において検出された欠陥部分に十分に近い場合に与えるように構成されている
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記以前の層においても凝固が生じるように、前記エネルギー入力の間、１つ以上の前記プロセスパラメータを制御するように構成されている
請求項２２に記載の付加製造システム。
【請求項２４】
前記プロセッサは、前記指定された領域への過剰なエネルギー入力を検出し、前記材料の次の層の指定された領域へのエネルギー入力のためのプロセスパラメータを調節するように構成されている
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項２５】
前記プロセッサは、以前の凝固欠陥の修正の間使用された前記プロセスパラメータでデータベースにアクセスし、前記データベースからの情報を使用して前記欠陥部分へエネルギーを与えるためのプロセスパラメータを選択するように構成されている
請求項１７に記載の付加製造システム。
【請求項２６】
複数の同様の付加製造システムが、プロセスパラメータデータを前記データベースに記録する
請求項２５に記載の付加製造システム。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記欠陥部分の位置を示す、製造された前記３次元物体のそれぞれの製造品質の記録を、２次元スライス形態又は３次元ボリューム形態で生成するように構成されている
請求項１５に記載の付加製造システム。
【請求項２８】
前記プロセッサは、前記データベースからの情報を使用して、以前に製造されたコンポーネント又は特定の構造における記録された欠陥から、欠陥の傾向がより高い部分を自動的に識別し、前記プロセスパラメータを前もって変更して欠陥の形成を避けるように更に構成されている
請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の付加製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の層を順次、堆積及び凝固させることによる３次元物体の付加製造（additive manufacturing）に関する。特に本発明は、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ：selective laser sintering）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ：electron beam melting）及び選択的レーザー溶融（ＳＬＭ：selective laser melting）のような粉末床溶融結合（ＰＢＦ：powder bed fusion）に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）は、粉末床溶融結合（ＰＢＦ）製造の種別である。粉末の形態の原料の連続する層は、３次元物体が完成するまで、指定された領域（その３次元物体の層に対応する）に堆積し、凝固させられる。これにより、鋳造技術や成形技術を使用しては不可能であったであろう複雑な形状の物体の製造が可能になる。
【０００３】
粉末材料の指定された領域は、レーザー又は電子ビームのような加えられたエネルギー源を用いて焼結され、又は溶融する。レーザー又は電子ビームの正確さ及びスピードにより、入り組んだ３次元物体を小さな許容誤差で比較的速く製造することが可能になる。通常、コンピュータ制御されたレーザーは、往復するラスターパターンで凝固すべき粉末の領域をスキャンする。ＳＬＭ及びＥＢＭプロセスは、粉末材料をエネルギー入力点において完全に溶かすのに対して、ＳＬＳシステムは、個々の粒子の部分を部分的に溶かして粉末に融合させる。
【０００４】
粉末床溶融結合は多くの産業に大きく興味を持たれているが、新たに設計された部品に対して品質の問題及びプロセスの再現性の欠如が起こり得る。エネルギー入力の変化は、溶融池における適切な凝固の欠如及び３次元物体における溶融結合欠陥という結果になり得る。同様に、材料の層における熱的特性（例えば、局所的な熱伝導率）の変化は、適切な溶融結合を妨げ得る。これらの変化は、エネルギー源の操作パラメータ（例えば、レーザーパワー、レーザースポットサイズ、スキャン速度等）において識別され説明される必要がある。
【０００５】
これを鑑みて、WO 2007/147221に記載されているような品質保証システムが開発されている。この方法は、レーザースポットの、粉末材料との相互作用の画像を取り込む。画像データを使用して、レーザー操作パラメータのフィードバック制御によってレーザー溶融池の特性が受け入れ可能な許容範囲内に維持される。これらの技術は製造プロセスを効果的に監視するが、イメージセンサの高サンプリングレートにより膨大な量の画像データが生成される。これにより、十分な能力を持った制御プロセッサに、高フレームレートで取り込まれた大量の画像データ（１秒当たり何千ものデータ点）を処理させ、製造プロセスのフィードバック制御をリアルタイムで行うことが必要となる。
【０００６】
US 2013/0314504に記載されているようなシステムは、凝固及びそれに続く冷却の赤外線放射を撮像するために、赤外線（Ｉ）（波長＜900nm）検出器を使用する。これにより、画像取り込みのフレームレートを低くし、よって生成する画像データを少なくすることが可能になる。凝固した粉末層の冷却のプロファイルが、各レベルの製造品質を推測するために使用される。しかし、凝固した粉末の冷却特性を監視することによって、レーザーに対するフィードバック制御において既に固有の遅れが存在する。
【０００７】
従来技術として示された特許文献又は他の印刷物への本明細書中のいかなる言及も、いずれの請求項の優先日においても、その文献又は印刷物が知られていた、又はそれに含まれる情報が周知の一般的な知識の一部であったと認めるものと解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【０００８】
上述の問題を念頭において、本発明の１局面は、連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムを提供し、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリと、
複数のイメージセンサであって、前記イメージセンサのそれぞれが、前記材料の層の少なくとも一部をカバーする対応する視野を有し、前記視野のそれぞれが前記イメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする、複数のイメージセンサと、
前記イメージセンサのそれぞれからの画像データをキャプチャするイメージプロセッサとを備え、
使用中に、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれの露光時間を制御し、前記イメージセンサからの画像データを組み合わせて、各材料の層の前記指定された領域全体にそれぞれ入力されるエネルギーの単一の空間的に解像した画像（spatially resolved image）を、データ閾値との比較のために提供し、前記指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止める。
【０００９】
本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体にわたって、「備える」という語、及び「備えている」のようなその変形は、他の付加物、部品、完全体又はステップを除外することは意図されていない。
【００１０】
本発明の付加製造システムは、比較的長い露光時間を使用して、その粉末層において溶融又は焼結された領域の単一の画像をキャプチャする。関係のあるイメージセンサのそれぞれからのオーバーラップする画像データは、指定された領域内の全ての点でのエネルギー入力の単一の空間的に解像した画像を生成するために組み合わされる。この単一の画像からのピクセルデータは参照画像と比較され、所定の変動を超える差が、その材料の層における潜在的な欠陥として識別される。各層又は３次元物体の「スライス」は、対応する参照画像を有し、イメージセンサから生成された単一の画像は、そのスライス用の参照画像と比較される。
【００１１】
高フレームレートでキャプチャされた画像の大きなセットではなく単一の画像から潜在的な欠陥の位置を突き止めることは、データ処理の量を劇的に削減する。これは、製造プロセスのリアルタイムフィードバック制御が遥かに小さな処理能力しか必要としないというように、結果として処理時間を削減する。以下で更に扱われるように、多数のイメージセンサにより、他の場合より遥かに高解像度なスケーラブルシステムが可能になる。
【００１２】
エネルギーが入力されるときに材料の凝固をキャプチャすることは、潜在的な欠陥のより正確な指摘をもたらす。対照的に、既知の技術（例えば上述のUS 2013/314504）は、部品の製造品質を推測するために冷却する材料からの赤外線放射をキャプチャする。これは、処理に必要な十分な画像コントラストを提供するために、最大で５秒の露光時間を伴う。本発明において使用される長い露光時間は、凝固直後の画像データもキャプチャし得る。しかし、比較的長い露光時間は、画像のコントラストをもたらす目的のためではなく、データ圧縮のためである。キャプチャされた画像の各ピクセルは、その点におけるエネルギー入力の間に放出される可視放射を示す光度値（luminosity value）を有する。オーバーラップする視野は、指定された領域全体を確実にカバーするが、制御プロセッサは、適切なイメージセンサの間で切り替えを行って、露光時間を、キャプチャされたデータにバックグラウンドノイズが大きな影響を与えないような十分短い時間に保つ。制御プロセッサは、指定された領域を、適切なイメージセンサのそれぞれの間で単に均等に分割、又は、レーザーのラスターパターンを考慮に入れるセンサの間で切り替えを行う他の技術を使用し得る。
【００１３】
多数のカメラを使用することによって、大きなセンサアレイを有する高価なイメージセンサを用いることなく、画像の解像度を高めることが可能になる。システムは、更に多くのイメージセンサを加えると視野が広がるという意味でスケーラブルである。更に、異なるイメージセンサからのオーバーラップする同じ小領域の画像データは、ノイズキャリブレーションにも役立つ。対照的に、単一カメラシステムであれば、視野を広げるためには広角レンズ、及び／又はより高い位置が必要である。しかし、粉末床溶融結合機の周囲のスペースには制限があり、広角レンズ、又は「魚眼」レンズは、好ましくない画像歪み及び低解像度を生じさせる。
【００１４】
各イメージセンサによってキャプチャされたデータは、指定された領域の部分におけるエネルギー入力の空間的に解像した画像である。他のイメージセンサからの画像データと合成されると、比較的小さな量の空間的に解像した画像データを有する単一の画像は、その材料の層内の対象領域全体にわたるエネルギー入力を示す。この単一の画像と参照画像との間の比較は、わずかな処理能力しか必要とせず、レーザー又は電子ビームのリアルタイムフィードバック制御を可能にする。より小さなデータ量は、より容易に記憶され、又はコンポーネントの３次元欠陥マップの構築により容易に使用される。
【００１５】
他の局面によると、本発明は、付加製造によって３次元物体を製造する方法を提供し、前記方法は、
材料の層を凝固していない形態でビルドチャンバに供給するステップと、
エネルギー投射アセンブリを用いて前記層の指定された領域で前記材料を凝固させるステップと、
複数のイメージセンサを用いて指定された領域の複数の画像をキャプチャするステップであって、前記イメージセンサのそれぞれが、前記材料の層の少なくとも一部をカバーし前記イメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする対応する視野を有する、キャプチャするステップと、
前記エネルギー投射アセンブリによって前記材料にエネルギーが入力されるときに、前記イメージセンサからの画像データが前記指定された領域の単一の空間的に解像した画像を集合的に提供するように、イメージキャプチャの露光時間を設定するステップと、
前記単一の空間的に解像した画像からの画像データをデータ閾値と比較して、前記指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止めるステップとを備える。
【００１６】
好ましくは、前記露光時間は、互い違いに配置されており、かつ、少なくとも部分的に互いにオーバーラップする。好ましくは、前記エネルギー投射アセンブリは、作業床内の前記材料の層にわたって、往復ラスターパターンでレーザービームをスキャンするように構成された少なくとも１つのスキャニングレーザーヘッドを有し、前記制御プロセッサは、前記ラスターパターンをその層の対象領域に制限するように構成されている。しかし、本発明は、立体リトグラフィシステム、デジタル光投射システム、又は、対象領域全体が対応する形状のエネルギービームに同時に暴露されるマスクされたエネルギー源投射システムにおいても使用され得る。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態において、前記単一の空間的に解像した画像からの画像データは、前記レーザースキャンヘッドによって辿られる個々のレーザー軌跡に対応する関連する強度値を有するスキャンベクトルに分解される。各スキャントラックに沿ったエネルギー入力レベルを評価することは、欠陥を検出し、更に画像データを参照データと直接比較するより多くのプロセス情報も提供する。
【００１８】
特に好ましい形態において、前記材料は粉末金属である。他の形態では、前記材料は粉末ポリマー、粉末セラミック、又は液体ポリマーである。
【００１９】
好ましくは、前記イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、又はサイエンティフィックＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）アレイである。
【００２０】
好ましくは、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサを、対応する視野の間でオーバーラップする領域内にエネルギー入力点があるときに、選択的に起動及び停止するように構成されている。
【００２１】
オプションとして、前記エネルギー投射アセンブリは、連続する層の間で所定の停止期間、停止するように構成され、前記イメージプロセッサが前記連続する層のそれぞれのエネルギー入力プロセスの終了を検出することができるように、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサを起動及び停止し、前記所定の停止期間の半分未満のキャプチャ期間内に前記単一の空間的に解像した画像をキャプチャするように構成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態において、前記付加製造システムは、前記材料の層を支えるビルドプラットフォームを収容するためのビルドチャンバを更に備え、前記ビルドチャンバは、製造プロセスを観察するための１つ以上の観察窓を有し、前記イメージセンサは、前記ビルドチャンバの外側に取り付けられ、１つ以上の前記観察窓を通して前記ビルドプラットフォームを観察する。
【００２３】
オプションとして、前記イメージセンサは、前記ビルドプラットフォーム上の前記材料の層を観察するために前記層の法線に傾斜した角度で配置され、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれからの画像データを、パースペクティブを補正するために処理するように構成されている。これは、ビルドチャンバの側面にある観察窓を通してイメージセンサが「見る」必要がある現存するＰＢＦ設備に本システムを後付けするのによく適している。
【００２４】
好ましくは、前記イメージセンサは、それらの光軸が前記層に垂直であるように、前記材料の層の真上に配置される。この場合、システムは、組立中にＰＢＦ設備に統合される。粉末層の真上にあることにより、パースペクティブを修正する必要が減少する。
【００２５】
好ましくは、前記イメージプロセッサは、前記指定された領域の前記単一の空間的に解像した画像の画像データを、前記エネルギー投射アセンブリのフィードバック制御のために使用するように構成されている。
【００２６】
好ましくは、前記付加製造システムは、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）システム、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）システム、又は電子ビームシステムであり、前記イメージセンサは、前記層内の対象領域にわたってスキャンするエネルギー入力点における溶融材料からの光放射を記録するように構成されている。当業者は、「光」が、赤外線、可視光及び紫外線を含む電磁放射を指すことが理解できる。
【００２７】
本発明の関連する局面において、連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムが提供され、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリと、
前記材料に入力されたエネルギーを示すデータを受信し、それによって、エネルギー入力が十分ではない前記指定された領域の部分を、所定の品質要求基準を満たさない欠陥部分として識別するように構成されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリを機能的に制御して前記欠陥部分にエネルギーを選択的に与える。
【００２８】
好ましくは、前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリへの入力パワーを変化させて前記材料への入力エネルギーを調整するように更に構成されている。
【００２９】
好ましくは、前記欠陥部分に選択的に与えられるエネルギーは、前記プロセッサによって制御されて前記材料にカスタマイズされた微細構造を与える。
【００３０】
好ましくは、カスタマイズされた微細構造は、前記指定された領域の残りの部分における前記材料の微細構造とは異なる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、前記エネルギー投射アセンブリは、スキャンするエネルギービーム（レーザー又は電子ビームのような）を有し、前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のプロセスパラメータ、すなわち、
スキャン速度、
スキャン加速度、
スキャン方向、
（隣接するスキャントラック間の間隔である）ハッチ距離（hatch distance）、
（もしあれば、前記レーザーによってスキャンされる領域と前記欠陥部分との間の差である）オフセット距離、
（エネルギービームの入力スポットサイズを変える）ビームフォーカス、及び
ビーム入力パワー変調、
のうちの１つ以上を選択的に制御するように構成されている。
【００３２】
オプションとして、前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のスキャンパターン、すなわち、
（通常のハッチングスタイルパターンでエネルギービームのスキャントラックが前後に伸長する）方向性ラスタリング（directional rastering）、
（前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する分離したループの、等高線状のネステッドラスタリングである）ネステッドコンターループ（nested contour loops）、及び
（前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する連続したループの、等高線状のネステッドラスタリングである）スパイラルワインディング（spiral winding）、
のうちの１つ以上を選択する。
【００３３】
オプションとして、前記プロセッサは、前記欠陥部分をいくつかの小部分に分割して前記エネルギーを前記小部分のそれぞれに異なるプロセスパラメータを用いて与えるように構成されている。
【００３４】
オプションとして、前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを、前記欠陥部分が前記材料の以前の層において検出された欠陥部分に十分に近い場合に与えるように構成されている。好ましくは、前記プロセッサは、前記以前の層において凝固が生じるように、前記エネルギー入力の間、１つ以上の前記プロセスパラメータを制御するように構成されている。
【００３５】
好ましくは、前記プロセッサは、前記指定された領域への過剰なエネルギー入力を検出し、前記材料の次の層の指定された領域へのエネルギー入力のためのプロセスパラメータを調節するように構成されている。
【００３６】
好ましくは、前記プロセッサは、以前の凝固欠陥の修正の間使用された前記プロセスパラメータでデータベースにアクセスし、前記データベースからの情報を使用して前記欠陥部分へエネルギーを与えるためのプロセスパラメータを選択するように構成されている。
【００３７】
好ましくは、複数の同様の付加製造システムが、プロセスパラメータデータを前記データベースに記録する。
【００３８】
好ましくは、前記プロセッサは、前記欠陥部分の位置を示す、製造された前記３次元物体のそれぞれの製造品質の記録を、２次元スライス形態又は３次元ボリューム形態で生成するように構成されている。
【００３９】
好ましくは、前記プロセッサは、前記データベースからの情報を使用して、以前に製造されたコンポーネント又は特定の構造における記録された欠陥から、欠陥の傾向がより高い部分を自動的に識別し、前記プロセスパラメータを前もって変更して欠陥の形成を避けるように更に構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明は、添付の図面に示された好ましい実施形態を参照して、例としてのみ説明される。
【図１】図１は、本発明による付加製造システムの概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＳＬＭ付加製造システムの製造領域内で取り込まれた単一の画像を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、製造領域内の欠陥の空間的に解像した表示を提供するために制御プロセッサによって処理された画像データを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、マスクを通してエネルギー投射アセンブリに暴露された３次元物体の１つの層からの単一の空間的に解像した画像の図による表現である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示された層の潜在的な欠陥として識別された再暴露領域への新たなマスクの図による表現である。
【図４Ａ】図４Ａは、エネルギー投射アセンブリに暴露された異なる３次元物体の１つの層からの他の空間的に解像した画像を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの画像におけるピクセルデータから生成された光強度マップを示す。
【図５】図５は、欠陥部分が示された図４Ｂの光強度マップを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、識別された欠陥部分の拡大図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの欠陥部分のために作られた層マスクである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、欠陥部分内で使用され得る異なるレーザースキャンパターンを示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、欠陥部分内で使用され得る異なるレーザースキャンパターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１を参照して、選択的レーザー溶融システム１０は、ビルドチャンバ３６内の可動のビルドプラットフォーム１２に層１４として連続して堆積した粉末材料の選択された凝固する領域から、３次元コンポーネント１６を層毎に累加的に作る。ビルドチャンバ３６は、製造プロセスを安全に観察するための観察窓２８（典型的には半透明のレーザー安全窓）を有する。
【００４２】
粉末材料の最上層１８は、スキャニングレーザーヘッド２０からのレーザービーム２２に暴露される。レーザービーム２２は、矢印２４によって示された方向に所定のラスターパターンで粉末層１８をスキャンする。レーザー溶融池４６が、レーザービーム２２が粉末材料に入射するところに形成される。溶融池４６は、レーザービーム２２がラスターパターンでスキャンするのにつれてレーザービーム２２とともに移動し、冷却及び凝固させる溶融した材料を背後に残す。所定のラスターパターンが完了すると、粉末材料の新たな層がビルドプラットフォーム１２のフロア２６として堆積され、ビルドプラットフォーム１２は新たな層の厚さによって下に下がる。
【００４３】
プロセッサ５６は、窓２８を通して製造プロセスを見るために、チャンバ３６の外側に配置された３つのイメージセンサ３０，３２及び３４を制御する。プロセッサ５６はスキャニングレーザーヘッド２０も操作してもよく、スキャニングレーザーヘッドは別個に制御されてもよい。同じコントローラを使用すること、又は別個のコントローラをリンクさせることによって、製造プロセスのリアルタイムフィードバックが可能になる。各イメージセンサ３０，３２及び３４は、対応する視野３８，４０及び４２をそれぞれ有する。組み合わせると、それぞれの視野はビルドチャンバ３６の最上層をカバーする。しかし、各視野は、少なくとも１つの隣接する視野とオーバーラップする。スキャニングレーザーヘッド２０が最上層１８における指定された対象領域をスキャンするときに、各イメージセンサ３０，３２及び３４は、レーザー溶融池４６の画像データを、レーザー溶融池４６が対応する視野３８，４０及び４２を移動するにつれてキャプチャする。視野３８と視野４０とのオーバーラップ５０において、レーザー溶融池４６はイメージセンサ３０及び３２の両方によってキャプチャされ得る。これは、オーバーラップのいくつかの部分の２セットの画像データをキャプチャし、プロセッサ５６は、これを、単に１セットを捨てることによって１つのセットに減らすこと、又は両方の画像データを使用してピクセルデータのノイズを減少させることができる。
【００４４】
代替として、特に、いずれのセンサもバックグラウンドノイズが画像データに悪影響を与えるほど長く露光されないように露光時間を割り当てる必要がある場合に、プロセッサ５６は、オーバーラップ内のある点を選択して１つのイメージセンサを停止し、次のイメージセンサを起動する。
【００４５】
フィルタ（例えば、ＮＤ（neutral density）フィルタ）が、イメージセンサへの入射光を減少させるために使用され得る。他の場合には、バンドパスフィルタが、600〜900nm（赤から近赤外（near-I））のような選択された波長をキャプチャするために使用され、画像の品質を向上させる。
【００４６】
スキャニングレーザーヘッド２０が最上層１８に対して所定のラスターパターンを終えると、イメージセンサ３０，３２及び３４のそれぞれからの画像データが、オーバーラップの領域においてキャプチャされた二重の画像データを捨てる、又は統合することによって、単一の画像にプロセッサ５６によって合成（merge）される。
【００４７】
部分のサイズ、イメージセンサの数、及び選択された画像解像度によってはより多くの画像データが存在し得るが、層（又は指定された領域）ごとの単一の空間的に解像した画像は、典型的には１０キロバイトと２０メガバイトの間のデータを有する。しかし、現存する技術に対するデータ削減を説明するために、１０キロバイト〜２０メガバイトの画像データは１０−１〜１０−４Ｈｚの範囲のサンプリングレートに相当する。これにより結果として、従来の高解像度カメラを使用すること及びかなり高速なリアルタイム処理が可能になる。
【００４８】
図２Ａを参照すると、製造層（build layer）の、又はより大きな製造層内の指定された領域の、単一の空間的に解像した画像６０が示されている。スキャニングレーザーヘッドのラスター方向が、画像内の平行な細い筋によって示されている。プロセッサ５６は、この画像を保存された参照画像（図示せず）に対して調整して、図２Ｂの潜在的欠陥マップを生成する。ここでは、参照ピクセルデータからの受け入れ可能な差異内のピクセルデータ６２が、設定された変動を参照画像から超えたピクセルデータ６４と明確な対比をなして示されている。領域６４は、粉末材料の凝固物内の潜在的な欠陥を示す。連続する層を組み合わせることにより、欠陥のサイズ、分布及び位置の３次元表現が製造物全体にわたってもたらされる。システムは、現存するＰＢＦマシンに取り付けられ得、フィードバック制御システム、又はスタンドアローンの品質監視装置として実装され得る。
【００４９】
粉末を横切るレーザー又は電子ビームのスキャントラックは、焦点位置及び材料／エネルギー相互作用（すなわち、反射率／吸収）の変化が原因の変動を伴う、入力エネルギー及び材料の放射率（白熱光、赤外又は紫外線放射）を表す光度レベルを有する画像ピクセルデータとしてキャプチャされる。
【００５０】
キャプチャに続いて、プロセッサは、強度及び波長の閾値を適用する前に、画像を調節してコントラスト範囲を最大化する。処理される材料に基づいて画像に適切な強度又は波長の閾値を適用することによって、放射エネルギーにおける参照画像に対する差は、欠陥、又は適用されたエネルギー若しくはスキャンパターンにおける変動の存在を示す。この方法により、ミクロンからベッド全体のサイズの不具合又は不一致まで、入力エネルギーの変動の検出が可能になり、入力エネルギーの変動は、根底にある機械の不具合の影響又はプロセスの変動（意図的な又は他の）であり得る。
【００５１】
層上の粉末の一様でない分布を含むプロセスの変動、部分的な形状の凹凸、又は溶融の不安定さ（ボーリング（balling）のような）は、溶融プロセスの間に生じる光強度の変化をもたらす。これらのようなプロセスの変動は、調整された参照物に対する光強度又は波長の変化として現れ、潜在的な欠陥として印を付けられる。プロセス欠陥のマップは、製造された部品の品質の評価、又は新たなプロセスパラメータ若しくは形状の開発に役立つ。
【００５２】
プロセスは、製造物内の対象とする各層に繰り返され、その後、層の閾値画像は組み合わされて、コンピュータ断層写真データ（ＣＴ）の再構成と同様に、製造された形状の３次元表現をもたらす。プロセスの操作者には、検出されたいかなる例外も直ちに通知され（電子メール、ＳＭＳ、表示装置等）、及び／又は機械の状態の変化が実装される。これには、操作者の介入を可能にするための製造プロセスの単なる停止、欠陥のある層の再スキャン、又は機械のプロセスパラメータを変更する予め設定された応答関数の実行を含み得る。
【００５３】
本発明は、多くの構成の多数のタイプの光学系を伴うさまざまなイメージングシステムを用いて適用され得る。装置は、紫外、可視又は赤外スペクトラム（又はこれらのいかなる組合せも）における制御可能な露光形デジタルイメージングデバイス、焦点調節可能な光学系、堅い固定フレーム、及び画像処理コンピュータを有し得る。更に、システムは、多数の光学フィルタ、パースペクティブシフト（perspective shifting）光学デバイス、及びデータ検討用モニタも含み得る。
【００５４】
粉末ベッドが比較的大きい場合には、製造領域全体をカバーするため、又は製造領域若しくは関心のある局所領域におけるよりよい解像度を提供するために、更なるカメラが利用され得る。多数のスキャンヘッドを有するレーザースキャニングシステムにおいては、この方法は、製造される部品におけるスキャンパターンのアライメントを検証するために利用され得る。
【００５５】
図３Ａ及び３Ｂを参照すると、ＰＢＦシステムのフィードバック制御システムが示されている。３次元コンポーネントの１つの層３の単一の空間的に解像した画像１が、エネルギー投射アセンブリによって凝固させられるべき粉末材料の指定された領域４を示す。指定された領域４内において、画像１は、粉末の大部分５の十分な凝固を示す。しかし、画像１は、画像データが所定の参照データ又はキャリブレーションデータから過度に異なる欠陥領域６も含む。
【００５６】
潜在的な欠陥領域６を識別すると、コントローラ（図示せず）は、最初の露光マスク又はラスターパターン７の範囲内で、第２露光マスク又はラスターパターン８を生成する。新たなマスク又はラスターパターン８の範囲内の粉末材料は、エネルギー投射アセンブリに再び暴露され、粉末を適切に凝固させ、かつ、再暴露された層の空間的に解像した画像から欠陥６を除去する。
【００５７】
正しく凝固された材料５が影響を受けないように、第２露光マスク８の範囲内の材料のみが再び暴露される。更に、欠陥６の再露光のためのスキャニングパラメータは、エネルギー投射アセンブリに既に暴露された材料が過剰に溶けるのを避けるために、おそらくより低いパワー設定に変更され得る。スキャンパラメータの制御又は修正により、任意に選択された領域内のコンポーネントの微細構造をより大きく制御することが可能になるということが、理解される。これにより、コンポーネントの各層において材料特性をカスタマイズすること及び変化させることが可能になる。図４Ａ，４Ｂ，５及び６Ａ〜６Ｄは、３次元物体の１つの層における欠陥を識別し修復する段階を示す。図４は、レーザーに暴露された後のスキャン層のキャプチャされた画像を示す。ピクセルデータの光度値は、図４Ｂに示された光強度マップを生成するために使用される。光強度マップは、そのスキャンレベルの参照画像データと比較され、図５に示されたようないかなる潜在的欠陥をも識別する。３次元部品コンター境界３の範囲内で、広い物差し状欠陥４が、スキャンされた領域にわたって伸びている。より小さな欠陥５，６及び７が、その層の１つの辺に面して位置している。
【００５８】
スキャン層内の欠陥が識別されると、その欠陥を修復するために中間ステップが行われる。層の露光が完了したが粉末の再コーティングの前に、欠陥部分４を覆う新たな層マスク８が生成される。特定の場合において、欠陥は表面のへこみであり、へこんだ領域を満たすために欠陥修復の前に粉末再コーティングが行われる。適切なレーザースキャンパラメータが選択され、起動されるべき制御プロセッサに転送される。修復されている間、イメージングデバイス及びプロセッサは、修復スキャンの効果を評価し、行われた修復の詳細を後の検討のために製造ログに記録する。完了すると、３次元部品の次の層のための粉末再コーティングで通常の製造プロセスが再び始まる。修復戦略のタイプ及び程度がさまざまな処理オプションと共に選択されることが可能となるように、システムは構成され得る。これは、介入のタイプ、すなわち、監視及び記録のみ、監視、及び設定された閾値より大きな検出された欠陥の報告、監視、及び設定された閾値より大きな検出された欠陥の製造プロセスの休止、監視、及び設定された閾値より大きな検出された欠陥のための修復戦略の実行、又はこれらの戦略のいかなる組合せをも含む。閾値は、欠陥領域のサイズ、相対光強度、予め規定された対象部分の外側にあるエネルギー入力パスの偏差、特定の欠陥タイプ（先に論じたような）の発生、又はそれぞれ上限値及び下限値を有するこれらの値のいかなる組合せについても設定され得る。
【００５９】
ユーザがフィードバック戦略を行うことを選択した場合、欠陥修復のための多数のオプションが存在する。そのようなオプションは、修復タイプ、入力パワー、スキャン速度、ハッチ距離（hatch distance）、オフセット距離、焦点レベルの変更（エネルギー入力スポットのサイズの変更）、スキャン方向、加速度制御又は定速度スキャンパス、及び、さまざまなスキャン部分における入力パワー変調を含む。修復タイプのオプションは、入力エネルギービームが通常のハッチングスタイルパターンで前後に動く長手方向ラスタリング９（図６Ｃを参照）、入力エネルギーパスのスパイラルタイプワインディング１０（図６Ｄを参照）、入力エネルギービームが欠陥形状８のまわりに指定された欠陥領域を満たすようにオフセットした分離したループをもたらすコンター方向ラスタリング、又は、上述のもののいかなる組合せをも含む。小さな孤立したスポット欠陥（例えば図３Ａに示された欠陥６）は、直径が３００ミクロン未満であり得る。この場合、修復プロトコルは、小さな多角形、スパイラルラスター、又は溶融池が欠陥を包囲するのを確実にする期間の点入力すら必要とするのみである。識別された欠陥のサイズ及びアスペクトレシオに応じて、一連の多角形、スパイラル又は点が、欠陥を再凝固させるために同時に使用され得る。
【００６０】
欠陥８が検出されると、修復領域は、欠陥サイズ４より大きく又は小さく、又は欠陥サイズ４と同じサイズに選択され得、修復戦略が個々に選択され実行されるいかなる数の分離した部分にも分離され得る。このようにして適した合金システムの微細構造が局所的な部分において修正され得、損傷の反応、強度、可塑性のような向上した特性をもたらし、欠陥を補償する。使用中の合金システムに応じて、エネルギー入力源のパワー及び小休止の時間を変更することによって、変更された特性が達成され得る。
【００６１】
１つの特定の層における小さな欠陥の存在は、重要ではないかもしれない。スキャンパラメータが、その部分がその後の層において再溶融するようなものであり得るからである。この場合、システムは、所定の数の層（例えば２又は３）より多くについてオーバーラップ又は隣接する部分において欠陥が検出されたかどうか、どの場合に修復戦略が行われたかを監視する。この場合、下の層を凝固させるためにより大きなエネルギー入力がおそらく選択される。
【００６２】
特定の部分の光強度の増加によって、過剰なエネルギー入力の部分又は変形部分が検出され得る。この場合、２回目の修復スキャンは望ましくなく、そのため異なる手法が適用され得る。過剰なエネルギー入力が検出されると、システムは製造ファイルのその後の層のスキャン戦略を修正し、その特定の層のための局所的な部分におけるエネルギー入力を減少させる。後にパワーが減少させられ得る層の数は、その後の層のそれぞれのための他のスキャンパラメータと共に、可変である。
【００６３】
より洗練されたフィードバックシステムは、以前に実行された応答のセット（すなわち、学習セット（learning set））に基づいて、機械学習アルゴリズムの使用によって自律的に動作してフィードバック戦略を決定する。機械学習セットは、多数の機械及びユーザにわたるユーザ応答を追跡することによって開発され、共通のデータベースに接続される。
【００６４】
システムは、いかなる欠陥部分又は修復部分の位置をも、製造品質の記録として、２次元スライス形態又は３次元ボリューム形態で記録する。そのような情報によって、操作者が設計を改良すること、又はメンテナンス若しくは修理を必要とする機械の問題を見つけることが可能になる。記録及び製造画像は、部品の適合性の永久的な記録又は将来の診断評価のために保存され得る。
【００６５】
製造記録及び学習セットは、また、欠陥のより高い傾向のある部分を自動的に識別するために使用される。前に製造されたコンポーネント又はコンポーネント内の特定の構造（例えば、傾斜した表面、特定の角度、厚さ等）における記録された欠陥は、欠陥修正について関連付けられた記録を有する。同一又は類似のコンポーネント及び構造は、現在の製造物において識別され、プロセッサは、欠陥の形成を避けるためにプロセスパラメータを前もって変更する。
【００６６】
本発明のさまざまな局面及び特徴が、以下の番号が付けられた段落において広く説明される。
【００６７】
連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムであって、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるエネルギー投射アセンブリと、
複数のイメージセンサであって、前記イメージセンサのそれぞれが、前記材料の層の少なくとも一部をカバーする対応する視野を有し、前記視野のそれぞれが前記イメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする、複数のイメージセンサと、
前記イメージセンサのそれぞれからの画像データをキャプチャするイメージプロセッサとを備え、
使用中に、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれの露光時間を制御し、前記イメージセンサからの画像データを組み合わせて、各材料の層の前記指定された領域全体にそれぞれ入力されるエネルギーの単一の空間的に解像した画像を、データ閾値との比較のために提供し、前記指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止める。
【００６８】
前記露光時間は、互い違いに配置されており、かつ、少なくとも部分的に互いにオーバーラップする
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００６９】
前記エネルギー投射アセンブリは、前記ビルドチャンバ内の前記材料の層にわたって往復ラスターパターンでスキャンするように構成された少なくとも１つのスキャニングレーザーヘッド又はスキャニング電子ビームを有し、前記制御プロセッサは、前記ラスターパターンをその層の前記対象領域に制限するように構成されている
段落００６７又は段落００６８に記載の付加製造システム。
【００７０】
前記単一の空間的に解像した画像からの画像データは、前記レーザースキャンヘッドによって辿られる個々のレーザー軌跡に対応する関連する強度値を有するスキャンベクトルに分解される
段落００６９に記載の付加製造システム。
【００７１】
前記粉末材料は、粉末金属、粉末ポリマー、粉末セラミック、又はこれらの組み合わせである
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７２】
前記イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、又はサイエンティフィックＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）アレイである
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７３】
前記イメージプロセッサは、対応する視野の間でオーバーラップする領域内にエネルギー入力点があるときに、前記イメージセンサを選択的に起動及び停止するように構成されている
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７４】
前記エネルギー投射アセンブリは、連続する層の間で所定の停止期間、停止するように構成され、前記イメージプロセッサは、前記イメージプロセッサが前記連続する層のそれぞれのエネルギー入力プロセスの終了を検出することができるように、前記イメージセンサを起動及び停止して、前記所定の停止期間の半分未満のキャプチャ期間内に前記単一の空間的に解像した画像をキャプチャするように構成されている
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７５】
前記材料の層を支えるビルドプラットフォームを収容するためのビルドチャンバを更に備え、前記ビルドチャンバは、製造プロセスを観察するための１つ以上の観察窓を有し、前記イメージセンサは、前記ビルドチャンバの外側に取り付けられ、１つ以上の前記観察窓を通して前記ビルドプラットフォームを観察する
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７６】
前記イメージセンサは、前記ビルドプラットフォーム上の前記材料の層を観察するために前記層の法線に傾斜した角度で配置され、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれからの画像データを、パースペクティブを補正するために処理するように構成されている
段落００７４に記載の付加製造システム。
【００７７】
前記イメージセンサは、それらの光軸が前記層に垂直であるように、前記材料の層の真上に配置される
段落００６９に記載の付加製造システム。
【００７８】
前記イメージプロセッサは、前記指定された領域の前記単一の空間的に解像した画像の画像データを、前記エネルギー投射アセンブリのフィードバック制御のために使用するように構成されている
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００７９】
前記システムは、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）システム、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）システム、又はレーザー粉末床溶融結合（Ｌ−ＰＢＦ）システムであり、前記イメージセンサは、前記層内の対象領域にわたってスキャンするエネルギー入力点における溶融材料からの光放射を記録するように構成されている
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００８０】
前記システムは、電子ビーム溶融システムである
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００８１】
前記システムは、マスクされたエネルギー投射システムであり、このシステムにおいては、対象領域の全体が対応する形状のエネルギービームに同時に暴露される
段落００６７に記載の付加製造システム。
【００８２】
前記システムは、立体リトグラフィ（ＳＴＬ：stereolithography）システム又はデジタル光投射（ＤＬＰ：digital light projection）システムである
段落００８１に記載の付加製造システム。
【００８３】
付加製造によって３次元物体を製造する方法であって、前記方法は、
材料の層を凝固していない形態でビルドチャンバに供給するステップと、
エネルギー投射アセンブリを用いて前記層の指定された領域で前記材料を凝固させるステップと、
複数のイメージセンサを用いて指定された領域の複数の画像をキャプチャするステップであって、前記イメージセンサのそれぞれが、前記材料の層の少なくとも一部をカバーし前記イメージセンサのうちの他の少なくとも１つの視野に少なくとも部分的にオーバーラップする対応する視野を有する、キャプチャするステップと、
前記エネルギー投射アセンブリによって前記材料にエネルギーが入力されるときに、前記イメージセンサからの画像データが前記指定された領域の単一の空間的に解像した画像を集合的に提供するように、イメージキャプチャの露光時間を設定するステップと、
前記単一の空間的に解像した画像からの画像データをデータ閾値と比較して、前記指定された領域における潜在的な凝固欠陥の位置を突き止めるステップとを備える。
【００８４】
前記エネルギー投射アセンブリは、前記ビルドチャンバ内の前記材料の層にわたって、その層の前記対象領域に制限された往復ラスターパターンでスキャンするように構成された少なくとも１つのスキャニングレーザーヘッド又はスキャニング電子ビームを有する
段落００８３に記載の方法。
【００８５】
前記単一の空間的に解像した画像からの画像データを、前記レーザースキャンヘッドによって辿られる個々のレーザー軌跡に対応する関連する強度値を有するスキャンベクトルに分解することを更に備える
段落００８３又は段落００８４に記載の方法。
【００８６】
前記粉末材料は、粉末金属、粉末ポリマー、粉末セラミック、又はこれらの組み合わせである
段落００８３〜００８５のいずれか１つに記載の方法。
【００８７】
前記イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、又はサイエンティフィックＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）アレイである
段落００８３〜００８６のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
前記イメージセンサは、前記イメージセンサのそれぞれに対応する視野の間でオーバーラップする領域内にエネルギー入力点があるときに、選択的に起動及び停止される
段落００８３に記載の方法。
【００８９】
前記エネルギー投射アセンブリは、連続する層の間で所定の停止期間、停止し、前記イメージセンサは、前記連続する層のそれぞれのエネルギー入力プロセスの終了を検出するために、起動及び停止させられて、前記所定の停止期間の半分未満のキャプチャ期間内に前記単一の空間的に解像した画像をキャプチャする
段落００８３〜００８８のいずれか１つに記載の方法。
【００９０】
前記材料の層は、ビルドチャンバに収容されたビルドプラットフォーム上で支えられ、前記ビルドチャンバは、製造プロセスを観察するための１つ以上の観察窓を有し、前記イメージセンサは、前記ビルドチャンバの外側に取り付けられ、１つ以上の前記観察窓を通して前記ビルドプラットフォームを観察する
段落００８３〜００８９のいずれか１つに記載の方法。
【００９１】
前記イメージセンサは、前記ビルドプラットフォーム上の前記材料の層を観察するために前記層の法線に傾斜した角度で配置され、前記イメージプロセッサは、前記イメージセンサのそれぞれからの画像データを、パースペクティブを補正するために処理するように構成されている
段落００８９に記載の方法。
【００９２】
前記イメージセンサは、それらの光軸が前記層に垂直であるように、前記材料の層の真上に配置される
段落００８３に記載の方法。
【００９３】
前記指定された領域の前記単一の空間的に解像した画像の画像データは、前記エネルギー投射アセンブリのフィードバック制御のために使用される
段落００８３〜００９２のいずれか１つに記載の方法。
【００９４】
選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）システム、又は選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）システムを動作させるプロセッサによって実行され、前記イメージセンサが、前記層内の対象領域にわたってスキャンするエネルギー入力点における溶融材料からの光放射を記録するように構成されている
段落００８３〜００９３のいずれか１つに記載の方法。
【００９５】
電子ビーム溶融システムを動作させるプロセッサによって実行される
段落００８３〜００９４のいずれか１つに記載の方法。
【００９６】
マスクされたエネルギー投射システムを動作させるプロセッサによって実行され、このシステムにおいては、対象領域の全体が対応する形状のエネルギービームに同時に暴露される
段落００８３〜００９４のいずれか１つに記載の方法。
【００９７】
立体リトグラフィ（ＳＴＬ）システム又はデジタル光投射（ＤＬＰ）システムを動作させるプロセッサによって実行される
段落００８３〜００９２のいずれか１つに記載の方法。
【００９８】
連続する材料の層から３次元物体を製造するための付加製造システムであって、前記付加製造システムは、
エネルギーを前記層内の指定された領域に入力して前記材料を凝固させるためのエネルギー投射アセンブリと、
前記材料に入力されたエネルギーを示すデータを受信し、それによって、エネルギー入力が十分ではない前記指定された領域の部分を、所定の品質要求基準を満たさない欠陥部分として識別するように構成されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリを機能的に制御して前記欠陥部分にエネルギーを選択的に与える。
【００９９】
前記プロセッサは、前記エネルギー投射アセンブリへの入力パワーを変化させて前記材料への入力エネルギーを調整するように更に構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１００】
前記欠陥部分に選択的に与えられるエネルギーは、前記プロセッサによって制御されて前記材料にカスタマイズされた微細構造を与える
段落００９９に記載の付加製造システム。
【０１０１】
前記カスタマイズされた微細構造は、前記指定された領域の残りの部分における前記材料の微細構造とは異なる
段落０１００に記載の付加製造システム。
【０１０２】
前記エネルギー投射アセンブリは、スキャンするエネルギービームを有し、前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のプロセスパラメータ、すなわち、
スキャン速度、
スキャン加速度、
スキャン方向、
隣接するスキャントラック間の間隔であるハッチ距離、
もしあれば、前記エネルギービームによってスキャンされる領域と前記欠陥部分との間の差であるオフセット距離、
エネルギービームの入力スポットサイズが変わるビームフォーカス、及び
前記エネルギービームのパワーを変えるビーム入力パワー変調、
のうちの１つ以上を選択的に制御するように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０３】
前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを与える間、以下のスキャンパターン、すなわち、
通常のハッチングスタイルパターンでエネルギービームのスキャントラックが前後に伸長する方向性ラスタリング（directional rastering）、
前記エネルギービームが前記欠陥部分に近い固定位置に指定された期間保持される点露光（point exposure）、
前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する分離したループの、等高線状のネステッドラスタリングであるネステッドコンターループ（nested contour loops）、及び
前記エネルギービームのパスが、前記欠陥部分の形状に対応する連続したループの、等高線状のネステッドラスタリングであるスパイラルワインディング（spiral winding）、
のうちの１つ以上を選択する
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０４】
前記プロセッサは、前記欠陥部分をいくつかの小部分に分割して前記エネルギーを前記小部分のそれぞれに異なるプロセスパラメータを用いて与えるように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０５】
前記プロセッサは、前記欠陥部分にエネルギーを、前記欠陥部分が前記材料の少なくとも１つの以前の層において検出された欠陥部分に十分に近い場合に与えるように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０６】
前記プロセッサは、前記以前の層においても凝固が生じるように、前記エネルギー入力の間、１つ以上の前記プロセスパラメータを制御するように構成されている
段落０１０５に記載の付加製造システム。
【０１０７】
前記プロセッサは、前記指定された領域への過剰なエネルギー入力を検出し、前記材料の次の層の指定された領域へのエネルギー入力のためのプロセスパラメータを調節するように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０８】
前記プロセッサは、以前の凝固欠陥の修正の間使用された前記プロセスパラメータでデータベースにアクセスし、前記データベースからの情報を使用して前記欠陥部分へエネルギーを与えるためのプロセスパラメータを選択するように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１０９】
複数の同様の付加製造システムが、プロセスパラメータデータを前記データベースに記録する
段落０１０８に記載の付加製造システム。
【０１１０】
前記プロセッサは、前記欠陥部分の位置を示す、製造された前記３次元物体のそれぞれの製造品質の記録を、２次元スライス形態又は３次元ボリューム形態で生成するように構成されている
段落００９８に記載の付加製造システム。
【０１１１】
前記プロセッサは、前記データベースからの情報を使用して、以前に製造されたコンポーネント又は特定の構造における記録された欠陥から、欠陥の傾向がより高い部分を自動的に識別し、前記プロセスパラメータを前もって変更して欠陥の形成を避けるように更に構成されている
段落０１０８〜０１１０のいずれか１つに記載の付加製造システム。
【０１１２】
本発明は、本明細書において例としてのみ説明されてきた。当業者は、本発明の広い概念の精神及び範囲から逸脱しない多くの変形及び修正を容易に理解する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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