DE112017007421T5

DE112017007421T5 - Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung und Verfahren zur additiven Fertigung

Info

Publication number: DE112017007421T5
Application number: DE112017007421.5T
Authority: DE
Inventors: Akio Yamada; Shinji Sugatani; Minoru Soma
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2020-01-09
Also published as: WO2018189804A1; CN110382139A; US20200061908A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung bereitgestellt, die eine 3D-Struktur durch Laminieren von aus Kurven bestehenden Schnittschichten herstellt. Es ist eine Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung vorgesehen, die eine Bestimmungseinheit 116, die Modellierungsdaten bezüglich einer Form eines Abschnitts einer 3D-Struktur 66 empfängt und Daten von Bestrahlungspositionen, Strahlformen und Bestrahlungszeiten eines ersten Strahls und eines zweiten Strahls entlang einer kontinuierlichen Kurve bestimmt, eine Speichereinheit 118, die die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmten Daten speichert, eine Ablenkungssteuereinheit 150, die die Bestrahlungspositionsdaten zu einem Zeitpunkt an einen Deflektor 50 ausgibt, der basierend auf den Bestrahlungszeitdaten erzeugt wird, und eine Verformungselementsteuereinheit 130, die die Strahlformdaten an ein Deformationselement 30 ausgibt, enthält. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung bildet somit eine 3D-Struktur durch Laminieren von Schnittschichten, die aus Kurven bestehen, durch Schmelzen/Verfestigen einer Pulverschicht während eine Bestrahlung mit dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl entlang der kontinuierlichen Kurve ausgeführt wird.

Description

Grundlagen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung und ein Verfahren zur additiven Fertigung.
Stand der Technik
Es gibt eine Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung, bei der eine 3D-Struktur so ausgebildet wird, dass ein vorbestimmter Bereich der Oberfläche einer Pulverschicht aus einem Metallmaterial oder dergleichen mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, um eine Schnittschicht zu bilden, wobei ein Teil der Pulverschicht geschmolzen und verfestigt wird, und solche Schnittschichten laminiert werden. Beispielsweise offenbaren die US 7,454,262 B2 und die JP 2015-193866 A eine Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung und ein Verfahren zur additiven Fertigung, welches diese verwendet.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung, die in der US 7,454,262 B2 offenbart ist, ist die Oberfläche der Pulverschicht in kleine Abschnitte unterteilt und jeder kleine Abschnitt wird mit dem Elektronenstrahl bestrahlt. Bei der in der JP 2015-193866 A offenbarten Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung wird die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl durch lineares Abtasten des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Pulverschicht durchgeführt. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Pulverschicht teilweise geschmolzen und verfestigt und die geschmolzenen und verfestigten Teile werden verbunden, um die gesamte Schnittschicht zu bilden.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur additiven Fertigung ist es jedoch schwierig, ein geformtes Objekt mit einer glatten Oberfläche genau zu formen.
[Allgemeine Offenbarung]
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung bereitgestellt, die eine 3D-Struktur durch Laminieren von Schnittschichten bildet, die durch Schmelzen und Verfestigen einer Pulverschicht erhalten werden. Die Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung enthält eine Elektronenstrahlsäule, die einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl zur parallelen Bestrahlung mit dem ersten Strahl ausgibt, eine Formungseinheit, die Rohmaterialpulver aufnimmt, das mit dem ersten Strahl bestrahlt wird, und eine Steuerung, welche die Elektronenstrahlsäule steuert. Die Steuerung enthält eine Bestimmungseinheit, die eine Vielzahl von Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang einer Vielzahl von schleifenartigen Linien festlegt, die einen Pfad eines Elektronenstrahls repräsentiert, mit dem die Schnittschicht bestrahlt wird, und eine Bestrahlungszeit an jeder der Bestrahlungspositionen bestimmt, eine Speichereinheit, die Daten der Bestrahlungspositionen und der Bestrahlungszeit speichert, die von der Bestimmungseinheit bestimmt werden, und eine Zeitsteuereinheit, die eine Zeitvorgabe zum Auslesen der Bestrahlungspositionsdaten aus der Speichereinheit entsprechend der Bestrahlungszeit und Ausgeben der Bestrahlungspositionsdaten an die Elektronenstrahlsäule erzeugt.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur additiven Fertigung, das in der Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung ausgeführt wird. Das Verfahren zur additiven Fertigung umfasst einen Schritt des Einstellens einer Vielzahl von Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang einer Vielzahl von schleifenartigen Linien, die einen Pfad des Elektronenstrahls repräsentieren, mit dem die Schnittschichten bestrahlt werden, und des Bestimmens einer Bestrahlungszeit an jeder der Bestrahlungspositionen in der Steuerung, einen Schritt des Ausgebens von Daten der Bestrahlungsposition an die Elektronenstrahlsäule und Ausführen einer Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl bei einer Zeitvorgabe, die auf der Grundlage der Bestrahlungszeitdaten von der Steuerung erzeugt wird, und einen Schritt des Zurückbringens der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls zu einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche der Pulverschicht jedes Mal, wenn die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entlang einer jeden aus der Vielzahl von schleifenartigen Linien abgeschlossen ist.
Somit wird eine Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung und ein Verfahren zur additiven Fertigung zum Bilden eines Abschnitts einer 3D-Struktur, die durch Kurven gebildet wird, bereitgestellt.
Die obige Zusammenfassung der Erfindung zählt nicht alle für die vorliegende Erfindung erforderlichen Merkmale auf. Unterkombinationen der Merkmalsgruppen können ebenfalls Erfindungen sein.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung.
2 zeigt ein Beispiel einer durch die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung zu bildenden 3D-Struktur 66 (a) und zeigt ein Beispiel einer Form eines Schnitts der 3D-Struktur 66 in einer Schnittfläche β (b).
3 zeigt ein Beispiel für die Modellierungsdaten, die der Form des Ausschnitts der 3D-Struktur 66 entsprechen.
4 zeigt ein Beispiel einer kontinuierlichen Kurve e, die die Modellierungsdaten bildet.
5 zeigt ein Bestimmungsbeispiel einer Bestrahlungsposition entlang der kontinuierlichen Kurve e.
6 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Oberfläche 63 einer Pulverschicht 62 mit einem ersten Strahl und einem zweiten Strahl entlang der kontinuierlichen Kurve e bestrahlt wird.
7 zeigt ein Beispiel von Daten von Bestrahlungspositionen, Strahlformen und Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Bestimmungseinheit 116 für die kontinuierliche Kurve e bestimmt werden, die die Modellierungsdaten bildet.
8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Ablenksteuereinheit 150.
9 ist ein optisch-geometrisches Schema eines Elektronenstrahls, der von einer Elektronenquelle 20 mit einer anisotropen Elektronenemissionsoberfläche abgegeben wird.
10 zeigt ein Beispiel einer Elektronenstrahlform zum Bestrahlen der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62.
11 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Verformungselementsteuereinheit 130.
12 zeigt ein Beispiel eines Betriebsablaufs, der einen additiven Fertigungsvorgang der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung illustriert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, aber die folgenden Ausführungsbeispiele beschränken die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht. Alle in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalskombinationen sind für die erfindungsgemäße Lösung nicht wesentlich.
1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung umfasst eine Elektronenstrahlsäule 200, eine Bildungseinheit 300 und eine Steuerung 400.
Von der Elektronenstrahlsäule 200 der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung wird ein Elektronenstrahl abgegeben. Der Elektronenstrahl wird durch ein Steuersignal der Steuerung 400 gesteuert und appliziert. In der Formungseinheit 300 ist ein Formungsbehälter installiert und in dem Formungsbehälter ist eine Pulverschicht 62 aus Pulver von beispielsweise einem Metallmaterial aufgenommen. Die Pulverschicht 62 wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, um einen Teil der Pulverschicht 62 zu schmelzen und zu verfestigen, wodurch eine Schnittschicht 65 gebildet wird. Durch Laminieren solcher Schnittschichten 65 wird eine 3D-Struktur 66 gebildet.
Die Elektronenstrahlsäule 200 enthält eine Vielzahl von Elektronenquellen 20, die einen Elektronenstrahl abgeben. Die Elektronenquelle 20 erzeugt Elektronen durch Einwirkung von Wärme oder eines elektrischen Feldes. Die von der Elektronenquelle 20 erzeugten Elektronen werden in einer Z-Richtung bei einer vorbestimmten Beschleunigungsspannung (beispielweise 60 kV) beschleunigt und in Form eines Elektronenstrahls abgegeben. Beim in 1 gezeigten Beispiel wird ein Beispiel veranschaulicht, bei dem zwei Elektronenquellen 20 in der Elektronenstrahlsäule 200 vorgesehen sind und die Elektronenquellen einen ersten Strahl bzw. einen zweiten Strahl abgeben.
Der erste Strahl wird zum Schmelzen und Verfestigen der Pulverschicht 62 verwendet. Der zweite Strahl wird zur Hilfsbestrahlung der Pulverschicht 62 verwendet. Die Hilfsbestrahlung ist eine Bestrahlung, die zum Erwärmen der umgebenden Pulverschicht 62 auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der umgebenden Pulverschicht 62 durchgeführt wird, wenn die Pulverschicht 62 geschmolzen und verfestigt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Elektronenquellen 20 nicht auf zwei beschränkt und kann drei oder mehr betragen.
Nachfolgend wird zur Vereinfachung der Beschreibung ein Fall als Beispiel beschrieben, bei dem die Anzahl der Elektronenquellen 20 und die Anzahl der Elektronenstrahlen zwei sind.
Ein Abstand zwischen den Strahlen in einer Richtung in der XY-Ebene des ersten Strahls und des zweiten Strahls beträgt beispielsweise 60 mm oder weniger, beispielsweise ungefähr 30 mm. Die an die beiden Elektronenquellen 20 angelegten Beschleunigungsspannungen betragen beispielsweise beide 60 kV. Wegen der gleichen Beschleunigungsspannung können die beiden Elektronenquellen 20 in einem Abstand von ca. 30 mm nahe beieinander angeordnet werden.
Jede Elektronenquelle 20 enthält beispielsweise eine Kathodeneinheit vom thermionischen Emissionstyp, die Elektronen von der Spitze einer auf eine hohe Temperatur erhitzten Elektrode emittiert.
Beide Spitzen der Kathodenelektroden der Elektronenquellen 20, die den ersten Strahl und den zweiten Strahl abgeben, können anisotrope Elektronenemissionsflächen aufweisen, die in Längsrichtung und in Querrichtung orthogonal zur Längsrichtung unterschiedliche Breiten aufweisen. Der von der anisotropen Elektronenemissionsfläche emittierte Elektronenstrahl hat eine anisotrope Querschnittsform, die die Elektronenemissionsfläche widerspiegelt.
Anstelle dessen kann die Kathodeneinheit einer der beiden Elektronenquellen 20 eine Elektrode mit einer Elektronenemissionsfläche von isotroper Form sein, wie beispielsweise einem Kreis oder einem Quadrat. Der von der isotrop geformten Elektronenemissionsfläche emittierte Elektronenstrahl hat eine isotrope Querschnittsform.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, bei dem zwei Elektronenquellen 20 beide Elektronenstrahlen mit einer anisotropen Querschnittsform von einer anisotropen Elektronenemissionsfläche emittieren.
Die Kathodeneinheit mit einer anisotropen Elektronenemissionsoberfläche kann zum Beispiel durch Bilden eines Kristalls aus Lanthanhexaborid (LaB₆) in eine Säulenform und Bearbeiten des Endabschnitts der Säule in eine Keilform gebildet werden.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Querrichtung der anisotropen Elektronenemissionsfläche als eine X-Achsenrichtung festgelegt, die Längsrichtung ist als eine Y-Achsenrichtung festgelegt und eine Emissionsrichtung des Elektronenstrahls ist als eine Z-Achsenrichtung festgelegt. Zudem wird unterstellt, dass die Länge in Querrichtung der Elektronenemissionsfläche beispielsweise 300 µm oder weniger beträgt und die Länge in Längsrichtung beispielsweise 500 µm oder mehr beträgt.
Ein Verformungselement 30 verformt die Querschnittsform des von der Elektronenquelle 20 abgegebenen Elektronenstrahls. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel werden Querschnittsformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Elektronenquelle 20 mit anisotroper Elektronenemissionsfläche abgegeben werden, durch das Verformungselement 30 verformt, durch das jeder Strahl tritt.
Das Verformungselement 30 ist beispielsweise ein Element, bei dem mehrere Stufen von Multipolelementen in einer Bewegungsrichtung des in der Z-Achsenrichtung verlaufenden Elektronenstrahls angeordnet sind. Das Symmetriezentrum eines elektrischen Feldes (oder Magnetfeldes), das von dem Multipolelement in der XY-Ebene gebildet wird, befindet sich nahe der Mitte eines Durchgangswegs des Elektronenstrahls.
Das Multipolelement ist beispielsweise ein elektrostatisches Quadrupolelement. Das elektrostatische Quadrupolelement enthält zwei Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der X-Achse gerichtet ist, und zwei Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der Y-Achse gerichtet ist, wobei die Z-Achse, durch die der Elektronenstrahl hindurchläuft, dazwischen angeordnet ist.
Anstelle dessen kann das Multipolelement ein elektromagnetisches Quadrupolelement sein. Das elektromagnetische Quadrupolelement kann zwei elektromagnetische Spulen enthalten, die ein Magnetfeld erzeugen, das in eine (X + Y)-Richtung weist, und zwei elektromagnetische Spulen, die ein Magnetfeld erzeugen, das in eine (X - Y)-Richtung weist, wobei die Z-Achse, durch die der Elektronenstrahl hindurchläuft, dazwischen angeordnet ist.
Eine elektromagnetische Linse 40 konvergiert den ersten Strahl und den zweiten Strahl auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62. Die elektromagnetische Linse 40 besteht aus einer um eine Linsenachse gewickelten Spule und einem Magnetkörper (Joch), der die Spule umgibt und einen axial symmetrischen Spalt in Bezug auf die Linsenachse aufweist.
Von dem Spalt des Magnetkörpers der elektromagnetischen Linse 40 wird ein Magnetfluss emittiert und dadurch wird innerhalb der elektromagnetischen Linse 40 ein lokales Magnetfeld erzeugt, das in Richtung der Linsenachse auf die Linsenachse gerichtet ist.
Das von der elektromagnetischen Linse 40 angeregte Linsenmagnetfeld konvergiert den Elektronenstrahl, der entlang eines Weges verläuft, der im Wesentlichen mit der Linsenachse zusammenfällt. Der erste Strahl und der zweite Strahl werden individuell von der elektromagnetischen Linse 40 gebündelt, durch die jeder Strahl entlang der Linsenachse verläuft.
Ein Deflektor 50 stellt die Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62, die in der Formungseinheit 300 installiert ist, durch Ablenken des ersten Strahls und des zweiten Strahls ein. Der Deflektor 50 kann ein gemeinsamer Deflektor sein, der gleichzeitig mehrere Elektronenstrahlen ablenkt. Da der zweite Strahl zur Durchführung einer Hilfsbestrahlung dient und die Genauigkeit der Bestrahlungsposition nicht erforderlich ist, ist es ausreichend, einen dem ersten Strahl gemeinsamen Deflektor zu verwenden.
Der gemeinsame Deflektor 50, der die mehreren Elektronenstrahlen gleichzeitig ablenkt, ist vorzugsweise ein elektromagnetischer Deflektor 50. Um mehrere Elektronenstrahlen gleichzeitig abzulenken, erzeugt der Deflektor 50 vorzugsweise Ablenkfelder in den Richtungen, die im Wesentlichen die gleiche Intensität und im Wesentlichen die gleiche Richtung in der XY-Ebene haben, in der Richtung entlang der Z-Achsenrichtung, die der Durchgangsweg jedes Elektronenstrahls ist. Der elektromagnetische Deflektor 50 kann ein solches Magnetfeld leicht durch Wicklungen einer Ablenkspule erzeugen, um alle Durchgangswege der mehreren Elektronenstrahlen zu umgeben.
Zudem kann der elektromagnetische Deflektor 50 die Anzahl von Windungen der Ablenkspule und den Wert eines in der Ablenkspule fließenden Stroms so einstellen, dass ein ablenkbarer Bereich des ersten Strahls und des zweiten Strahls 150 mm oder mehr beträgt. Der ablenkbare Bereich ist ein Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen des Elektronenstrahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62, wenn der Elektronenstrahl nicht abgelenkt wird bzw. wenn der Elektronenstrahl am größten abgelenkt wird.
Der ablenkbare Bereich (in diesem Fall 150 mm) des ersten und des zweiten Strahls ist breiter als ein Abstand zwischen den Strahlen (in diesem Fall 30 mm) zwischen dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl. In Bezug auf den ersten Strahl und den zweiten Strahl kann eine Bestrahlung mit jedem der Elektronenstrahlen in einem gemeinsamen Abschnitt (Überlappungsabschnitt) des Ablenkbereichs durchgeführt werden.
Die in 1 gezeigte Elektronenstrahlsäule 200 kann ferner einen Sub-Deflektor 55 enthalten. Der Sub-Deflektor 55 ist ein elektrostatischer Deflektor, der die Bewegungsrichtung des ersten Strahls und/oder des zweiten Strahls aus der Richtung der Strahlachse parallel zur Z-Achse ablenkt.
Der Sub-Deflektor 55 stellt den Abstand zwischen den relativen Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 ein. Das heißt, der Sub-Deflektor 55 lenkt die Bestrahlung ab und stellt die Bestrahlungsposition des zweiten Strahls ein, beispielsweise von einem Zustand, bei dem im Wesentlichen dieselbe Position wie die Bestrahlungsposition des ersten Strahls bestrahlt wird, zu einem Zustand, bei dem eine Position, die um 30 mm beabstandet ist, was der Strahlabstand zwischen dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl ist, bestrahlt wird.
Das heißt, die Elektronenstrahlsäule 200 enthält den Deflektor 50, der dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl gemeinsam ist und beide Strahlen innerhalb eines Bestrahlungsbereichs von 150 mm oder mehr ablenkt, und die Sub-Deflektoren 55, die individuell für den ersten Strahl und den zweiten Strahl vorgesehen sind und den Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen beider Strahlen in einem Bereich von ca. 30 mm einstellen.
Die Elektronenstrahlsäule 200 kann den ersten Strahl und den zweiten Strahl nahe beieinander anordnen, verglichen mit einem Fall, bei dem Deflektoren mit einem Bestrahlungsbereich von 150 mm oder mehr individuell für den ersten Strahl und den zweiten Strahl vorgesehen sind. Damit wird die Größe der Elektronenstrahlsäule 200, die eine Vielzahl von Elektronenstrahlen ausgibt, verringert.
Die Formungseinheit 300 mit einem in 1 dargestellten Konfigurationsbeispiel hält im Formungsbehälter eine Pulverprobe 68, die von einer Pulverzufuhreinheit 64 zugeführt wird. Der Formbehälter weist einen Bodenabschnitt 72 und einen Seitenwandabschnitt 74 auf. Die von der Pulverzufuhreinheit 64 zugeführte Pulverprobe 68 wird durch einen Schleifvorgang der Pulverzufuhreinheit 64 innerhalb des Seitenwandabschnitts 74 abgeflacht, um eine Pulverschicht 62 zu bilden, die im Wesentlichen parallel zur oberen Oberfläche des Bodenabschnitts 72 ist. Eine Oberfläche, welche die Oberfläche der Pulverschicht 62 ist und mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, wird als Oberfläche 63 bezeichnet.
Die Höhe des Bodenabschnitts 72 ist in der Z-Achsenrichtung durch eine Antriebseinheit 82 und eine Antriebsstange 84 beweglich. Die Höhe des Bodenabschnitts 72 in der Z-Achsenrichtung ist so eingestellt, dass sie im Wesentlichen dieselbe Höhe ist, wenn die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62, die die 3D-Struktur 66 bedeckt, mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird.
Ein Teil der Pulverschicht 62, der durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl geschmolzen und verfestigt wird, bildet eine Schnittschicht 65 und ist auf die 3D-Struktur 66 laminiert. Andere Teile der Pulverschicht 62 mit Ausnahme der laminierten Schnittschicht 65 werden als Pulverprobe 68 um die 3D-Struktur 66 angesammelt.
Ein Innenraum der Elektronenstrahlsäule 200, durch den der Elektronenstrahl hindurchtritt, und ein Raum in der Nähe der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, werden auf ein vorbestimmtes Maß an Vakuum evakuiert. Dies erfolgt deshalb, weil der Elektronenstrahl mit Gasmolekülen in der Atmosphäre kollidiert und somit Energie verliert. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung enthält eine (nicht dargestellte) Absaugeinheit zum Absaugen des Durchgangswegs des Elektronenstrahls.
Eine in der Steuerung 400 der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung enthaltene CPU 110 steuert den Gesamtbetrieb der Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung 100. Die CPU 110 kann ein Computer, eine Arbeitsstation oder dergleichen sein, die eine Funktion eines Eingabeterminals zum Eingeben einer Betriebsanweisung von einem Benutzer aufweist.
Die CPU 110 ist über einen Bus 112 mit einer Bestimmungseinheit 116 und einer Speichereinheit 118 verbunden. Eine Verformungselementsteuereinheit 130 und eine Ablenksteuereinheit 150 empfangen von der CPU 110 über die Speichereinheit 118 ein Steuersignal.
Die CPU 110 ist über den Bus 112 mit einer Elektronenquellensteuereinheit 120, einer Linsensteuereinheit 140, einer Sub-Ablenksteuereinheit 155 und einer Höhensteuereinheit 160 verbunden.
Die in der Steuerung 400 enthaltenen Steuereinheiten steuern individuell Komponenten der Elektronenstrahlsäule 200 und der Bildungseinheit 300 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal und dergleichen, das von der CPU 110 empfangen wird. Jede der Steuereinheiten ist über den Bus 112 mit einer Modellierungsdatensammeleinheit 114 verbunden und sendet und empfängt Modellierungsdaten, die in der Modellierungsdatensammeleinheit 114 gesammelt sind.
Die Modellierungsdaten sind Daten, die sich auf die Form eines Schnitts beziehen, der erhalten wird, wenn die 3D-Struktur 66 in einer Ebene senkrecht zu einer Höhenrichtung gemäß der Höhe der Struktur 66 geschnitten wird, die durch die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung gebildet werden soll. Hierbei entspricht die Höhenrichtung der 3D-Struktur 66 der Richtung der Z-Achse von 1. Die zur Höhenrichtung orthogonale Ebene entspricht einer Ebene parallel zur XY-Ebene von 1.
Die Bestimmungseinheit 116 empfängt die Modellierungsdaten, die in der Modellierungsdatensammeleinheit 114 gesammelt sind, und bestimmt Steuerdaten zum Steuern der Elektronenstrahlsäule. Die Steuerdaten umfassen Daten der Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 und Daten der Strahlformen und Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls an den jeweiligen Bestrahlungspositionen.
Die Speichereinheit 118 speichert die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt wurden, und gibt die Daten an die Verformungselementsteuereinheit 130 und die Ablenksteuereinheit 150 aus. Ein Ausführungsbeispiel der Konfiguration und des Betriebs der Bestimmungseinheit 116 und der Speichereinheit 118 wird später beschrieben.
Die Elektronenquellensteuereinheit 120 empfängt von der CPU 110 einen Befehl und steuert individuell die Vielzahl von Elektronenquellen 20, die den ersten Strahl und den zweiten Strahl abgeben. Die Elektronenquellensteuereinheit 120 legt an die Elektronenquelle 20 eine Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls an. Die Elektronenquellensteuereinheit 120 gibt einen Heizstrom einer Heizung zum Erzeugen von beispielsweise Thermionen in der Elektronenquelle 20 aus. Die Elektronenquellensteuereinheit 120 gibt eine Steuerspannung des Elektronenstrahls an die Elektronenquelle 20 aus.
Die Verformungselementsteuereinheit 130 steuert individuell die Vielzahl von Verformungselementen 30, die die Querschnittsformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls verformen. Die Verformungselementsteuereinheit 130 empfängt Strahlformdaten, die in der Speichereinheit 118 gespeichert sind, und steuert das Verformungselement 30 jeweils für den ersten Strahl und den zweiten Strahl.
Die Verformungselementsteuereinheit 130 gibt Spannungen beispielsweise an die zwei Elektroden des elektrostatischen Quadrupolelements im Verformungselement 30 aus, die sich in der X-Achsenrichtung gegenüberliegen, und an die zwei Elektroden davon, die sich in der Y-Achsenrichtung gegenüberliegen, und erzeugt somit ein elektrisches Feld zum Einstellen der Querschnittsformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls.
Die Linsensteuereinheit 140 empfängt einen Befehl der CPU 110 und steuert individuell mehrere elektromagnetische Linsen 40, die den ersten Strahl und den zweiten Strahl konvergieren. Die Linsensteuereinheit 140 gibt einen Strom aus, so dass er in einer Spuleneinheit der elektromagnetischen Linse 40 fließt. Die Linsensteuereinheit 140 stellt die Linsenintensität der elektromagnetischen Linse durch Einstellen der Größe eines Ausgangsstroms ein, der der Spuleneinheit zugeführt werden soll.
Die Ablenksteuereinheit 150 steuert den Deflektor 50, um die Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls innerhalb eines Ablenkbereichs einzustellen, der breiter ist als der Abstand zwischen dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl.
Beispielsweise gibt die Ablenksteuereinheit 150 einen Strom an zwei Sätze von Ablenkspulen aus, die sich auf die Ablenkung des elektromagnetischen Deflektors 50 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung beziehen, und erzeugt somit ein Ablenkmagnetfeld zum Einstellen der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62. Die Ablenksteuereinheit 150 empfängt in der Speichereinheit 118 gespeicherte Bestrahlungspositionsdaten und steuert den Deflektor 50.
Die Sub-Ablenksteuereinheit 155 empfängt von der CPU 110 einen Befehl und steuert den Sub-Deflektor 55. Die Sub-Ablenksteuereinheit 155 legt eine Spannung an den elektrostatischen Deflektor an, der den Sub-Deflektor 55 bildet, um den Abstand zwischen den relativen Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 einzustellen.
Die Höhensteuereinheit 160 empfängt von der CPU 110 einen Befehl und steuert die Antriebseinheit 82. Die Höhensteuereinheit 160 steuert die Antriebseinheit 82, um die Länge der Antriebsstange 84 in der Z-Achsenrichtung und die Höhe des Bodenabschnitts 72 einzustellen.
Die Höhensteuereinheit 160 stellt die Höhe des Bodenabschnitts 72 jedes Mal ein, wenn eine neue Pulverschicht 62 zugeführt wird, nachdem die Pulverschicht 62 geschmolzen und verfestigt wurde, um die Schnittschicht 65 zu bilden.
Die Höhensteuereinheit 160 senkt den Bodenabschnitt 72 um die Dicke der neuen Pulverschicht 62 und hält somit die Höhe einer Strahlbestrahlungsfläche, welche die Oberfläche 63 der die 3D-Struktur 66 bedeckenden neuen Pulverschicht 62, im Wesentlichen konstant. Dies erfolgt deshalb, weil die Höhe der 3D-Struktur 66 in der Richtung der Z-Achse zunimmt, wenn die Schnittschicht 65 laminiert wird.
Ein Beispiel der betreffenden Komponenten der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung im Ausführungsbeispiel wird entsprechend einem Fluss der Steuerdaten von der Modellierungsdatensammeleinheit 114 zur Ablenksteuereinheit 150 und zur Verformungselementsteuereinheit 130 über die Ermittlungseinheit 116 und die Speichereinheit 118 beschrieben.
Die Steuerdaten werden verwendet, um den ersten Strahl zu steuern, um eine Elektronenstrahlbestrahlung zum Schmelzen und Verfestigen eines Teils der Pulverschicht 62 durchzuführen. Die Steuerdaten werden verwendet, um den zweiten Strahl zu steuern, um die Bestrahlung der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 zu unterstützen.
2(a) zeigt ein Beispiel der 3D-Struktur 66, die durch die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung zu bilden ist. Eine Ebene β parallel zur XY-Ebene ist eine Ebene orthogonal zur Höhenrichtung der 3D-Struktur 66 und stellt eine Schnittfläche dar, die durch Schneiden der 3D-Struktur 66 in einer bestimmten Höhe erhalten wird.
2(b) zeigt eine Form eines Schnitts der 3D-Struktur 66 in einer Schnittfläche β. Der Schnitt der 3D-Struktur wird im Allgemeinen durch einen oder mehrere Bereiche festgelegt, die einem Bereich der Pulverschicht 62 entsprechen, der geschmolzen und verfestigt werden soll. Bei dem in 2(b) dargestellten Beispiel ist der Schnitt der Struktur 66 aus einem Bereich gebildet, der von einem Umriss umgeben ist. Die Form des Schnitts ist dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine im Beispiel des Umrisses dargestellte Kurve festgelegt ist, wie es in 2(b) gezeigt ist.
3 veranschaulicht ein Beispiel von Modellierungsdaten, die der Form des Schnitts der in 2(b) gezeigten 3D-Struktur 66 entsprechen. In Reaktion auf die durch eine Kurve festgelegte Querschnittsform werden die Modellierungsdaten durch eine Vielzahl von kontinuierlichen schleifenartigen Kurven (einschließlich unterbrochener Linien) festgelegt, die Pfade darstellen, auf denen die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 durchgeführt werden soll, um die Pulverschicht 62 zu schmelzen und zu verfestigen.
Bei dem Beispiel der Modellierungsdaten von 3 ist ein Fall dargestellt, bei dem die schleifenartige Kurve eine geschlossene Linie ist, in der ein Startpunkt mit einem Endpunkt zusammenfällt. Die Modellierungsdaten sind jedoch nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Die Modellierungsdaten können einem Fall entsprechen, bei dem der Startpunkt der Kurve nicht mit ihrem Endpunkt übereinstimmt, das heißt, es kann sich beispielsweise um eine Spiralkurve handeln. Die Modellierungsdaten können durch eine schleifenartige Linie festgelegt sein, die einen Pfad darstellt, auf dem der Schnitt der Struktur 66 mit dem Elektronenstrahl ohne Verlust bestrahlt werden kann, um die Pulverschicht 62 zu schmelzen und zu verfestigen.
Bei dem Beispiel von 3 umfassen die Modellierungsdaten eine kontinuierliche Kurve e1, die dem Außenumfang des Schnitts entspricht, und eine Vielzahl von kontinuierlichen Kurven e2, e3, ... und e10, die innerhalb der Kurve e1 in gleichem Abstand angeordnet sind.
Die Modellierungsdaten werden im Voraus für jede Schnittfläche erzeugt, die durch Schneiden der 3D-Struktur 66 auf einer vorbestimmten Höhe auf der Grundlage von Designdaten in Bezug auf die Form der 3D-Struktur 66 erhalten wird. Die Modellierungsdaten werden in der Modellierungsdatensammeleinheit 114 gesammelt.
4 veranschaulicht ein Beispiel der kontinuierlichen Kurve e. Die kontinuierliche Kurve e entspricht einer der Kurven e1, e2, e3, ... und e10, die die im Beispiel in 3 dargestellten Modellierungsdaten bilden.
Die kontinuierliche Kurve e wird bei Unterteilung in geeignete Längen durch eine Vielzahl von Teilkurven aufgebaut. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede Teilkurve durch einen Bogen (der ein Liniensegment sein kann) mit einer vorbestimmten Krümmung (Krümmungsradius) angenähert, der durch beide Enden der Teilkurve verläuft. Beim in 4 dargestellten Beispiel ist die kontinuierliche Kurve e eine kontinuierliche Kurve, die vier Teilkurven verbindet, die durch Bögen angenähert sind.
Beispielsweise verbindet die erste Teilkurve der Kurve e einen Punkt A mit den Positionskoordinaten (Xa, Ya) mit einem Punkt B mit den Positionskoordinaten (Xb, Yb) und ist durch einen Bogen mit einem Krümmungsradius Rab angenähert. Die zweite Teilkurve verbindet den Punkt B mit den Positionskoordinaten (Xb, Yb) mit einem Punkt C mit den Positionskoordinaten (Xc, Yc) und ist durch einen Bogen mit einem Krümmungsradius Rbc angenähert.
Die dritte Teilkurve verbindet den Punkt C mit den Positionskoordinaten (Xc, Yc) mit einem Punkt D mit den Positionskoordinaten (Xd, Yd) und ist durch einen Bogen mit einem Krümmungsradius Rcd angenähert. Die vierte Teilkurve verbindet den Punkt D mit den Positionskoordinaten (Xd, Yd) mit dem Punkt A mit den Positionskoordinaten (Xa, Ya) und ist durch einen Bogen mit einem Krümmungsradius Rda angenähert.
Bei den Modellierungsdaten können die Bögen, die die erste Teilkurve annähern und in einer +Y-Achsenrichtung auskragen, von den Bögen, die die dritte Teilkurve annähern und in einer -Y-Achsenrichtung auskragen, durch die Vorzeichen der Krümmungsradien unterschieden werden. In ähnlicher Weise können bei den Modellierungsdaten die Bögen, die die zweite Teilkurve annähern und in +X-Achsenrichtung auskragen, von den Bögen, die die vierte Teilkurve annähern und in -X-Achsenrichtung auskragen, durch die Vorzeichen der Krümmungsradien unterschieden werden. Obwohl beim Beispiel von 4 nicht enthalten, können die Modellierungsdaten ein Liniensegment widergeben, das zwei Punkte verbindet, indem ein spezieller Wert als der Krümmungsradius bezeichnet wird.
Da der Endpunkt B der ersten Teilkurve und der Endpunkt B der zweiten Teilkurve gemeinsame Punkte sind, der Endpunkt C der zweiten Teilkurve und der Endpunkt C der dritten Teilkurve gemeinsame Punkte sind, der Endpunkt D der dritten Teilkurve und der Endpunkt D der vierten Teilkurve gemeinsame Punkte sind und der Endpunkt A der vierten Teilkurve und der Endpunkt A der ersten Teilkurve gemeinsame Punkte sind, geben die in 4 gezeigten Modellierungsdaten die durchgehende Kurve e insgesamt als geschlossen wider.
Die 3 und 4 veranschaulichen das Beispiel der Modellierungsdaten, die relativ einfache Kurven bilden, die der Form des Schnitts der 3D-Struktur 66 entsprechen, aber das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt. Die Modellierungsdaten einer praktischen 3D-Struktur 66 können abhängig von der Form des Schnitts durch komplexere Kurven aufgebaut sein. Um den Schnitt der 3D-Struktur 66 zu bilden, können die Modellierungsdaten durch eine Kurve festgelegt sein, die einen Bestrahlungsweg des Elektronenstrahls auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 darstellt.
Selbst in einem solchen Fall ist die Teilkurve durch einen Bogen (der eine gerade Linie enthalten kann) angenähert, wenn die kontinuierliche Kurve, die die Modellierungsdaten bildet, in Teilkurven mit einer geeigneten Länge unterteilt ist. Das heißt, die Modellierungsdaten, die sich auf die Form des Schnitts der 3D-Struktur 66 beziehen, sind durch eine kontinuierliche Kurve festgelegt, bei der mehrere Teilkurven, die durch Bögen angenähert sind, miteinander verbunden sind.
Ein Beispiel der Bestimmungseinheit 116, der Speichereinheit 118, der Ablenksteuereinheit 150 und der Verformungselement-Steuereinheit 130, die in der Steuerung 400 in 1 im Ausführungsbeispiel enthalten sind, wird unter der Annahme beschrieben, dass solche Modellierungsdaten in der Modellierungsdatensammeleinheit 114 gesammelt werden.
Die Bestimmungseinheit 116 empfängt eine Eingabe der Modellierungsdaten, die sich auf die Form des Schnitts der 3D-Struktur 66 beziehen, und bestimmt Daten der Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang der kontinuierlichen Kurve auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 und Daten der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls an der entsprechenden Bestrahlungsposition.
Insbesondere empfängt die Bestimmungseinheit 116 eine Eingabe einer Teilkurve, die durch einen Bogen angenähert ist, und bestimmt Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang dieser Teilkurve. Ferner ermittelt die Ermittlungseinheit 116 Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls für Modellierungsdaten, die aus einer oder mehreren Teilkurven aufgebaut sind.
Unter Verwendung der in 4 dargestellten ersten Teilkurve als Beispiel wird ein Arbeitsgang beschrieben, bei dem die Bestimmungseinheit 116 Daten der Bestrahlungsposition entlang der Teilkurve bestimmt. Die erste Teilkurve stellt eine Teilkurve dar, die den Punkt A mit den Positionskoordinaten (Xa, Ya) mit dem Punkt B mit den Positionskoordinaten (Xb, Yb) verbindet und durch einen Bogen mit einem Krümmungsradius Rab angenähert ist.

(1) Zuerst bestimmt die Bestimmungseinheit 116 die Länge Lab des Bogens, der den Punkt A mit dem Punkt B verbindet. Das heißt, die Länge Lab des Bogens, der den Krümmungsradius Rab aufweist und vom Punkt A (Xa, Ya) bis zum Punkt B (Xb, Yb) verläuft, wird aus dem folgenden Ausdruck 1 erhalten. $Lab = 2 Rab \times arcsin ((((Xa - Xb) 2 + (Ya - Yb) 2) 1 / 2) / 2 Rab)$
(2) Als nächstes bestimmt die Bestimmungseinheit 116 die Anzahl n der Bestrahlungen entlang des Bogens. Es wird die Anzahl n erhalten, wie oft die Abstände zwischen den Bestrahlungspositionen entlang des Bogens einen vorbestimmten Abstand δ nicht überschreiten, nahe einem Abstand δ liegen und einander gleich sind. Hierbei kann n beispielsweise basierend auf folgendem Ausdruck 2 erhalten werden. $n = [Lab/ δ] + 1$
Hierbei ist [Lab/δ] ein Gauß-Symbol, das die größte ganze Zahl ergibt, ohne Lab/δ zu überschreiten. Zudem kann der Abstand δ in Abhängigkeit von der Strahlgröße oder der Strahlform oder der Strahlintensität des zur Bestrahlung entlang der Teilkurve verwendeten Elektronenstrahls vorgegeben sein.
(3) Dann bestimmt die Bestimmungseinheit 116 den Abstand δab zwischen den tatsächlichen Bestrahlungspositionen entlang des Lichtbogens. Beispielsweise kann der Abstand δab zwischen den Bestrahlungspositionen aus dem folgenden Ausdruck 3 erhalten werden. $δ ab = Lab/n$
(4) Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt Bestrahlungspositionsdaten (Koordinatendaten der Bestrahlungsposition), die n Bestrahlungspositionen A (= PA1), PA2, ... und PAn entsprechen, die einen gleichen Abstand δab entlang des Bogens aufweisen, der die erste Teilkurve annähert. Der Abstand zwischen den benachbarten Bestrahlungspositionen beträgt δab.

Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt zudem Bestrahlungspositionsdaten der Bestrahlungspositionen B (= PB1), PB2, ... und PBm mit einem gleichen Abstand δbc für die zweite Teilkurve. Ferner bestimmt die Bestimmungseinheit 116 auch Bestrahlungspositionsdaten entlang des Bogens der Teilkurve für die dritte Teilkurve und die vierte Teilkurve.
5 zeigt Bestrahlungspositionen P entlang einer Vielzahl von Teilkurven, die die kontinuierliche Kurve e bilden, die auf die oben beschriebene Weise bestimmt wurden. Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt auf diese Weise die Bestrahlungsposition P und die entsprechenden Bestrahlungspositionsdaten für die Vielzahl von Teilkurven, die die kontinuierliche Kurve e bilden. Ferner bestimmt die Bestimmungseinheit 116 die Bestrahlungsposition P und die entsprechenden Bestrahlungspositionsdaten für alle kontinuierlichen Kurven, die die Modellierungsdaten bilden.
Die Abstände δab, δbc, δcd und δda der Bestrahlungspositionen der ersten Teilkurve, der zweiten Teilkurve, der dritten Teilkurve und der vierten Teilkurve werden so festgelegt, dass sie den gegebenen Abstand δ nicht überschreiten und dass sie alle Werte nahe dem Abstand δ aufweisen. Das heißt, die Abstände δab, δbc, δcd und δda werden so eingestellt, dass sie den folgenden Ausdruck 4 erfüllen. Auf diese Weise bestimmt die Bestimmungseinheit 116 die Bestrahlungspositionen P, die in im Wesentlichen gleichen Abständen entlang der kontinuierlichen Kurve e angeordnet sind. $δ ab \sim δ bc \sim δ cd \sim δ da \leq δ$
Somit sind die Bestrahlungspositionen P in im Wesentlichen gleichen Abständen entlang der kontinuierlichen Kurve e angeordnet. Wenn die Bestrahlungspositionen P mit dem ersten Strahl mit der gleichen Strahlform oder der gleichen Strahlintensität zusammen mit dem zweiten Strahl bestrahlt werden, erfolgt der in der Pulverschicht 62 auftretende Temperaturanstieg an jeder Bestrahlungsposition P im Wesentlichen gleich. Das heißt, der Elektronenstrahl erhöht die Temperatur der Pulverschicht 62 entlang der kontinuierlichen Kurve e im Wesentlichen gleichmäßig und fährt mit dem Schmelzen und Erstarren der Pulverschicht 62 so fort, dass dies entlang der kontinuierlichen Kurve e im Wesentlichen gleichmäßig erfolgt.
Die Bestimmungseinheit 116 kann den Abstand δ zwischen den Bestrahlungspositionen entsprechend der Strahlform oder der Strahlintensität des Elektronenstrahls bestimmen. Dies liegt daran, dass der Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen, der bewirkt, dass die Temperatur der Pulverschicht 62 entlang der kontinuierlichen Kurve gleichmäßig ansteigt, abhängig von der Strahlform oder der Strahlintensität des Elektronenstrahls bestimmt wird.
Die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmten Bestrahlungspositionsdaten werden in der Speichereinheit 118 gespeichert. Die in der Speichereinheit 118 gespeicherten Bestrahlungspositionsdaten durchlaufen die Ablenksteuereinheit 150 und werden dann zu einem vorbestimmten Zeitpunkt an den Deflektor 50 ausgegeben, der dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl gemeinsam ist
Die Bestimmungseinheit 116 stellt den Ausgabezeitpunkt basierend auf der Bestrahlungszeit ein. Die Bestrahlungszeit ist eine Bestrahlungszeit des ersten Strahls und des zweiten Strahls für jede Bestrahlungsposition P und wird von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt. Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt die Bestrahlungszeit auf der Grundlage von Bedingungen, unter denen die Pulverschicht 62 entlang der die Modellierungsdaten bildenden kontinuierlichen Kurve gleichmäßig geschmolzen werden kann.
Die Bestrahlungszeit des Elektronenstrahls zum gleichmäßigen Schmelzen der Pulverschicht 62 hängt nicht nur von der Strahlintensität des Elektronenstrahls oder des Materials des Metallpulvers ab, sondern auch von der Anordnungsdichte der Bestrahlungspositionen auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62.
Die Bestimmungseinheit 116 kann Bestrahlungszeitdaten bestimmen, die für Bestrahlungspositionen, die in gleichen Abständen auf Teilkurven angeordnet sind, die durch Bögen mit gleichem Krümmungsradius angenähert sind, im Wesentlichen gleich sind. Dies liegt daran, dass die Bestrahlungspositionen, die in gleichen Abständen auf den durch Bögen mit gleichem Krümmungsradius angenäherten Teilkurven angeordnet sind, mit der im Wesentlichen gleichen Anordnungsdichte auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 verteilt sind.
Zudem kann die Bestimmungseinheit 116 unterschiedliche Bestrahlungszeiten für Bestrahlungspositionen P bestimmen, die entlang Teilkurven angeordnet sind, die durch Bögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien angenähert sind. Dies liegt daran, dass die Anordnungsdichte der Bestrahlungsposition P auf der Oberfläche 63 auf der Pulverschicht 62, obwohl die Bestrahlungspositionen P, die entlang der durch die Bögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien angenäherten Teilkurven in gleichen Abständen angeordnet sind, unterschiedlich sein kann.
Beispielsweise wird τab als Bestrahlungszeitdaten zum Bestrahlen jeder Bestrahlungsposition P entlang der ersten Teilkurve bestimmt, die durch den Bogen mit einem Krümmungsradius Rab angenähert ist. Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt τbc als Bestrahlungszeitdaten zum Bestrahlen jeder Bestrahlungsposition entlang der zweiten Teilkurve, die durch den Bogen mit einem Krümmungsradius Rbc angenähert ist.
Ferner wird τcd als Bestrahlungszeitdaten zum Bestrahlen jeder Bestrahlungsposition P entlang der dritten Teilkurve bestimmt, die durch den Bogen mit einem Krümmungsradius Rcd angenähert ist. Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt τda als Bestrahlungszeitdaten zum Bestrahlen jeder Bestrahlungsposition P entlang der vierten Teilkurve, die durch den Bogen mit einem Krümmungsradius Rda angenähert ist.
Weiterhin bestimmt die Bestimmungseinheit 116 die Strahlformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl mit den von der Bestimmungseinheit 116 bestimmten Strahlformen entlang der in 4 gezeigten kontinuierlichen Kurve bestrahlt wird.
Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt beispielsweise Strahlformdaten Bs zum Bilden einer verengten Querschnittsform, bei der die Strahlbreiten in einer vertikalen Richtung (Y-Achsenrichtung) und der Querrichtung (X-Achsenrichtung) im Wesentlichen gleich zueinander sind, als die Strahlform des ersten Strahls. Die Strahlformdaten Bs zum Bilden eines Elektronenstrahls mit einer verengten Querschnittsform sind Strahlformdaten des ersten Strahls.
Die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 wird entlang einer durchgezogenen Kurve e mit Endpunkten A, B, C und D mit dem ersten Strahl mit einer verengten Querschnittsform bestrahlt. Der erste Strahl mit einer verengten Querschnittsform steigert die Temperatur der Pulverschicht 62 entlang der durchgezogenen Kurve e auf eine Temperatur gleich oder höher als der Schmelzpunkt und schmilzt somit die Pulverschicht 62 und verfestigt sie.
Die Bestrahlung mit dem ersten Strahl mit einer verengten Querschnittsform erzeugt eine scharfe Temperaturdifferenz zwischen dem Abschnitt der Pulverschicht 62 entlang der Kurve e und den anderen Abschnitten. Die Bestrahlung mit dem Strahl mit einer verengten Querschnittsform bewirkt, dass die Pulverschicht 62 entlang der Kurve e durch die scharfe Temperaturdifferenz lokal geschmolzen wird.
Die Bestrahlungszeit des ersten Strahls mit einer verengten Querschnittsform kann für jede der Teilkurven eingestellt werden, die die kontinuierliche Kurve e bilden. Dies liegt daran, dass die Bestimmungseinheit 116 unterschiedliche Bestrahlungszeitdaten τab, τbc, τcd bzw. τda für die Teilkurven einstellen kann. Teilkurven, die durch Bögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien angenähert werden, können mit dem ersten Strahl zu unterschiedlichen Bestrahlungszeiten bestrahlt werden.
Die Bestimmungseinheit 116 bestimmt beispielsweise Strahlformdaten Bt zum Bilden einer breiten Querschnittsform, bei der die Strahlbreite in der vertikalen Richtung länger ist als die Strahlbreite in der Querrichtung, als Strahlform des zweiten Strahls. Die Strahlformdaten Bt zum Bilden eines Elektronenstrahls mit breiter Querschnittsform sind Strahlformdaten des zweiten Strahls.
Die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 wird mit dem zweiten Strahl mit einer breiten Querschnittsform entlang einer unterbrochenen Kurve e' mit Endpunkten A', B', C' und D' bestrahlt. Die Bestrahlung mit dem zweiten Strahl mit einer breiten Querschnittsform wird entlang der unterbrochenen Kurve e' ausgeführt und dadurch wird die Umgebung des vom ersten Strahl geschmolzenen Teils der Pulverschicht 62 zusätzlich bestrahlt.
Der erste Strahl und der zweite Strahl werden vom gemeinsamen Deflektor 50 derart abgelenkt, dass zwei Punkte, die auf der Kurve e und der Kurve e' in ungefähr gleichem Abstand liegen, gleichzeitig bestrahlt werden. Der zweite Strahl mit einer breiten Querschnittsform bewirkt, dass eine Position in einem vorbestimmten Abstand von der Bestrahlungsposition des ersten Strahls mit dem Elektronenstrahl mit einem breiteren Bestrahlungsbereich bestrahlt wird.
Das heißt, die Umgebung der Bestrahlungsposition des ersten Strahls wird zusätzlich mit dem zweiten Strahl bestrahlt und der zweite Strahl erhöht die Temperatur der Pulverschicht 62 in der Umgebung der Bestrahlungsposition des ersten Strahls. Da die Temperaturverteilung der Pulverschicht 62 in der Nähe der Bestrahlungsposition des ersten Strahls gleichmäßig wird, hat der geschmolzene und erstarrte Teil der Pulverschicht 62 nicht leicht durch eine Positionsverschiebung beeinflusst, die durch die Temperaturverteilung in der Pulverschicht 62 verursacht wird.
Zu diesem Zeitpunkt stellt der Sub-Deflektor 55 (siehe 1) den Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls ein. Der Sub-Deflektor 55 kann den Zwischenstrahlabstand zwischen dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl einstellen und somit die Temperaturverteilung der Pulverschicht 62 so einstellen, dass sie in der Nähe der Bestrahlungsposition des ersten Strahls gleichmäßiger wird.
6 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Bestimmungseinheit 116 gleichförmige Strahlformen an einer beliebigen Position auf der Kurve e als die Strahlformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls bestimmt. Anstelle dessen kann die Bestimmungseinheit 116 für jede der die kontinuierliche Kurve bildenden Teilkurven oder für jede der entlang der Teilkurve angeordneten Bestrahlungspositionen in Abhängigkeit von den Modellierungsdaten, die den Bestrahlungsweg des Elektronenstrahls darstellenden, unterschiedliche Strahlformen für den ersten Strahl und den zweiten Strahl bestimmen.
Wie oben beschrieben, bestimmt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung, welche die Bestimmungseinheit 116 enthält, die Bestrahlungspositionen, die Strahlformen und die Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang einer oder mehrerer kontinuierlicher Kurven (siehe 3), welche die Modellierungsdaten bilden. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung mit der Bestimmungseinheit 116 bildet die Form des Schnitts der 3D-Struktur 66 basierend auf den Modellierungsdaten, die durch die Vielzahl von kontinuierlichen Kurven festgelegt sind.
7 zeigt ein Beispiel von Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Bestimmungseinheit 116 für die kontinuierliche Kurve e entsprechend den kontinuierlichen Kurven e1, e2, e3, ... und e10 bestimmt werden, welche die in 3 gezeigten Modellierungsdaten bilden.
Die Bestimmungseinheit 116 empfängt Modellierungsdaten, die die kontinuierliche Kurve e darstellen, und bestimmt Bestrahlungspositionsdaten (Xa, Ya), (Xa2, Ya2), (Xa3, Ya3), ... und (Xan, Yan) jeweils für die Bestrahlungspositionen PA1, PA2, PA3, ... und PAn der ersten Teilkurve, die Formdaten Bs des ersten Strahls, die Formdaten Bt des zweiten Strahls und die Bestrahlungszeitdaten τab.
Zudem empfängt die Bestimmungseinheit 116 die Modellierungsdaten, die die kontinuierliche Kurve e darstellen, und bestimmt Bestrahlungspositionsdaten (Xb, Yb), (Xb2, Yb2), (Xb3, Yb3), ... und (Xbm, Ybm) jeweils für die Bestrahlungspositionen PB1, PB2, PB3, ... und PBm der zweiten Teilkurve, die Formdaten Bs des ersten Strahls, die Formdaten Bt des zweiten Strahls und die Bestrahlungszeitdaten τbc.
Ferner empfängt die Bestimmungseinheit 116 die Modellierungsdaten, die die kontinuierliche Kurve e darstellen, und bestimmt Bestrahlungspositionsdaten (Xc, Yc), (Xc2, Yc2), (Xc3, Yc3), ... jeweils für die Bestrahlungspositionen PC1, PC2, PC3, ... der dritten Teilkurve, die Formdaten Bs des ersten Strahls, die Formdaten Bt des zweiten Strahls und die Bestrahlungszeitdaten τcd.
Die Bestimmungseinheit 116 empfängt die Modellierungsdaten, die die kontinuierliche Kurve e darstellen, und bestimmt Bestrahlungspositionsdaten (Xd, Yd), (Xd2, Yd2), (Xd3, Yd3), ... jeweils für die Bestrahlungspositionen PD1, PD2, PD3, ... der vierten Teilkurve, die Formdaten Bs des ersten Strahls, die Formdaten Bt des zweiten Strahls und die Bestrahlungszeitdaten τda.
7 zeigt ein Beispiel, bei dem bestimmt wird, dass der erste Strahl und der zweite Strahl für alle Teilkurven, die die kontinuierliche Kurve e bilden, und für alle Bestrahlungspositionen die vorgegebenen Formdaten Bs und Bt aufweisen. Anstelle dessen kann bestimmt werden, dass der erste Strahl und der zweite Strahl für jede der Teilkurven, die die kontinuierliche Kurve bilden, oder für jede der Bestrahlungspositionen, die auf der Teilkurve angeordnet sind, unterschiedliche Formdaten aufweisen.
Die Speichereinheit 118 speichert die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt wurden. Die Speichereinheit 118 kann Daten von Bestrahlungspositionen, Strahlformen und Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt wurden, in der Reihenfolge speichern, in der die Bestrahlungspositionen entlang der kontinuierlichen Kurve e angeordnet sind.
Beispielsweise speichert die Speichereinheit 118 Daten für die Bestrahlungspositionen PA1, PA2, PA3, ... und PAn entlang der ersten Teilkurve in dieser Reihenfolge und speichert dann die Daten für die Bestrahlungspositionen PB1, PB2, PB3, ... und PBm entlang der zweiten Teilkurve in dieser Reihenfolge.
Dann speichert die Speichereinheit 118 Daten für die Bestrahlungspositionen PC1, PC2, PC3 ... entlang der dritten Teilkurve in dieser Reihenfolge und speichert dann die Bestrahlungspositionen PD1, PD2, PD3 ... entlang der vierte Teilkurve in dieser Reihenfolge.
Durch Speichern der Daten auf diese Weise kann die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls so ausgeben, dass sich die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls entgegen dem Uhrzeigersinn entlang der kontinuierlichen Kurve e bewegt, wenn die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, die Strahlformen und die Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls in der gleichen Reihenfolge ausgibt wie die Reihenfolge, in der solche Daten gespeichert werden.
Zusätzlich kann die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls so ausgeben, dass sich die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls im Uhrzeigersinn entlang der kontinuierlichen Kurve e bewegt, wenn die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls in umgekehrter Reihenfolge zur Reihenfolge der Speicherung dieser Daten ausliest.
Die Speichereinheit 118 steuert eine Speicherreihenfolge und eine Ausgabereihenfolge der Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, um eine Richtung einzustellen, in der das Schmelzen und Verfestigen in der Pulverschicht 62 geschieht, so dass es in einer vorgegebenen Richtung entlang der kontinuierlichen Kurve erfolgt. Somit wird die Regelmäßigkeit betreffend die Erzeugung von Wärme und die Wärmeübertragung in der Pulverschicht 62 verbessert und die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung kann den Fortschritt des Schmelzens und der Verfestigung in der Pulverschicht 62 leichter steuern.
Zudem kann die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls, die den die Modellierungsdaten in 3 bildenden mehreren kontinuierlichen Kurven e1, e2, ..., e9 und e10 entsprechen, in dieser Reihenfolge speichern, d. h. in der Reihenfolge der Größe eines Bereichs, der von jeder der Kurven umgeben ist.
Die Speichereinheit 118 kann die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls in der Reihenfolge der äußersten Kurve e1 speichern, die den größten Bereich auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 umgibt, eine innere Kurve e2 und noch eine innere Kurve e3, ....
Die Speichereinheit 118 kann die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls in der gleichen Reihenfolge ausgeben, in der sie in der Speichereinheit 118 gespeichert sind, und dadurch kann die Pulverschicht 62 schmelzen und verfestigen, während die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls von der kontinuierlichen Kurve auf einer relativen Außenseite der Pulverschicht 62 zu der kontinuierlichen Kurve auf einer relativen Innenseite derselben geändert wird.
Anstelle dessen kann die Speichereinheit 118 die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls in umgekehrter Reihenfolge zur Reihenfolge der Speicherung in der Speichereinheit ausgeben, und dadurch kann die Pulverschicht 62 schmelzen und erstarren, während die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls von der kontinuierlichen Kurve auf einer relativen Innenseite der Pulverschicht 62 zu der kontinuierlichen Kurve auf einer relativen Außenseite derselben geändert wird.
Das heißt, die Speichereinheit 118 steuert die Speicherreihenfolge und die Ausgabereihenfolge der Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls und legt dadurch die Richtung, in der das Schmelzen und Erstarren in der Pulverschicht 62 erfolgt, auf eine Richtung vom Umfang der Schnittschicht 65 zur Mitte oder auf eine Richtung von der Mitte der Schnittschicht 65 zum Umfang fest. Somit wird die Regelmäßigkeit in Bezug auf die Erzeugung von Wärme und die Wärmeübertragung in der Pulverschicht 62 verbessert und die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung kann den Fortschritt des Schmelzens und der Verfestigung in der Pulverschicht 62 leichter steuern.
8 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Ablenksteuereinheit 150. Eine Ablenkdatenumwandlungseinheit 152 empfängt die Bestrahlungspositionsdaten (Xa, Ya), (Xa2, Ya2), (Xa3, Ya3), ... und dergleichen, die durch die Bestimmungseinheit 116 bestimmt und in der Speichereinheit 118 gespeichert wurden und führt eine Koordinatentransformation betreffend die Ablenkeffizienz des Deflektors 50 durch.
Das heißt, die Bestrahlungspositionsdaten (X, Y) werden durch den folgenden Ausdruck 5 mit Ablenkungswirksamkeitsumwandlungskoeffizienten Gx, Gy, Rx, Ry, Hx, Hy, Ox und Oy des Deflektors 50 umgewandelt. $\begin{array}{l} X' = Gx \cdot X + Rx \cdot Y + Hx \cdot XY + Ox \\ Y' = Gy \cdot Y + Ry \cdot X + Hy \cdot XY + Oy \end{array}$
Hier wird der Umwandlungskoeffizient bestimmt, um den Strahl tatsächlich zu der Bestrahlungsposition (X, Y) auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 abzulenken, wenn die Bestrahlungspositionsdaten (X, Y) bestimmt werden. Die Ablenkdatenumwandlungseinheit 152 gibt Ablenkdaten (X', Y') als Ergebnis einer Koordinatentransformation an eine Ablenkantriebseinheit 156 aus.
Die Ablenkantriebseinheit 156 führt eine Digital/Analog-Wandlung an den Ablenkdaten (X', Y') durch, die einer Koordinatentransformation unterzogen wurden, und gibt einen Strom proportional zu den Werten der X-Komponente und der Y-Komponente der Ablenkdaten (X', Y') in X-Richtung und in Y-Richtung an Ablenkspulen des elektromagnetischen Deflektors 50 aus, der dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl gemeinsam ist. Somit bestrahlt der Deflektor 50 eine durch die Bestrahlungspositionsdaten angegebene Position mit dem Strahl.
Eine Zeitsteuerungseinheit 154 empfängt von der Speichereinheit 118 die Bestrahlungszeitdaten τab, ..., τbc, ..., die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt und in der Speichereinheit 118 gespeichert wurden. Die Zeitsteuerungseinheit 154 erzeugt eine Zeitvorgabe, zu dem die in die Ablenkdaten (X', Y') transformierten Bestrahlungspositionsdaten an die Ablenkantriebseinheit 156 und den Deflektor 50 entsprechend der Bestrahlungszeit ausgegeben werden.
Die Zeitsteuerungseinheit 154 erzeugt eine Zeitvorgabe, zu der die Bestrahlungspositionsdaten ausgegeben werden, um die Bestrahlungsposition von der Position, die beispielsweise durch die Bestrahlungspositionsdaten (Xa, Ya) angegeben ist, zu einer Position umzuschalten, die durch die Bestrahlungspositionsdaten (Xa2, Ya2) angegeben ist, nachdem die Bestrahlung während der Zeit durchgeführt wurde, die durch die Bestrahlungszeitdaten τab angegeben ist.
Dann erzeugt die Zeitsteuerungseinheit 154 eine Zeitvorgabe, zu der die Bestrahlungspositionsdaten ausgegeben werden, um die Bestrahlungsposition von der durch die Bestrahlungspositionsdaten (Xa2, Ya2) angegeben Position auf Bestrahlungspositionsdaten (Xa3, Ya3) umzuschalten, nachdem die Bestrahlung während der Zeit durchgeführt wurde, die durch die Bestrahlungszeitdaten τab angegeben ist.
Unter Wiederholung der obigen Beschreibung führt die Zeitsteuerungseinheit 154 eine Steuerung durch, um jede Bestrahlungsposition für die Zeit zu bestrahlen, die durch die in der Speichereinheit 118 gespeicherten Bestrahlungszeitdaten festgelegt ist. Die Bestrahlungsposition wird mit dem Elektronenstrahl im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn entlang der kontinuierlichen Kurve e bestrahlt, die die Modellierungsdaten bildet, während die bezeichnete Bestrahlungsposition mit der bezeichneten Bestrahlungszeit bestrahlt wird.
Als nächstes werden ein Konfigurationsbeispiel und ein Betriebsbeispiel des Verformungselements 30 und der Verformungselementsteuereinheit 130 beschrieben, die die Strahlformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls basierend auf den in der Speichereinheit 118 gespeicherten Strahlformdaten ändern.
In der folgenden Beschreibungen wird ein Fall beschrieben, bei dem das Verformungselement 30 durch ein elektrostatisches Quadrupolelement konfiguriert ist, das zwei Elektroden umfasst, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der X-Achse zeigt, und zwei Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der Y-Achse zeigt.
9 ist ein optisch-geometrisches Schema des von der Elektronenquelle 20 mit einer anisotropen Elektronenemissionsoberfläche abgegebenen Elektronenstrahls. Die auf der rechten Seite der Z-Achse dargestellte Figur, die sich in einer Auf- und Ab-Richtung erstreckt und in 9 im Wesentlichen in der Mitte gezeigt ist, zeigt ein optisch-geometrisches Schema des Elektronenstrahls in einer Ebene (XZ-Ebene), bei dem die Z-Achsenrichtung die Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls ist und die X-Achsenrichtung die Querrichtung der anisotropen Elektronenemissionsfläche ist. Die auf der linken Seite der Z-Achse dargestellte Figur zeigt ein optisch-geometrisches Schema des Elektronenstrahls in einer Ebene (YZ-Ebene), wobei die Z-Achsenrichtung die Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls ist und die Y-Achsenrichtung die Längsrichtung der anisotropen Elektronenemissionsfläche ist.
Die elektromagnetische Linse 40, die in Bezug auf die Z-Achsenrichtung axialsymmetrisch ist, konvergiert den Elektronenstrahl, der entlang eines Weges verläuft, der im Wesentlichen mit der Z-Achse zusammenfällt. Die gestrichelte Linie in 9 gibt eine Abbildungsbeziehung des Elektronenstrahls durch die elektromagnetische Linse 40 an, wenn das Verformungselement 30 nicht betrieben wird. Die elektromagnetische Linse 40 bildet ein Bild auf der Elektronenemissionsoberfläche mit einer anisotropen Form, bei der die Längen in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung voneinander verschieden sind, auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit der gleichen Vergrößerung in der XZ-Ebene und der YZ-Ebene ab.
Das heißt, wenn in der gestrichelten Linie in 9 Emissionswinkel θ1 des Elektronenstrahls, der einen Punkt O in die XZ-Ebene und die YZ-Ebene emittiert, gleich sind, sind Konvergenzwinkel θ2 des Elektronenstrahls bei einem Punkt P in der XZ-Ebene und der YZ-Ebene gleich.
Als nächstes wird ein Fall des Betreibens des Verformungselements 30 beschrieben. Es wird ein Beispiel des Verformungselements 30 beschrieben, bei dem die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 in der Z-Achsenrichtung in zwei Stufen angeordnet sind. Jedes der elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 enthält zwei Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der X-Achse ausgerichtet ist, und zwei Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, das in Richtung der Y-Achse ausgerichtet ist. Die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 sind so angeordnet, dass die beiden Polsätze in den gleichen Richtungen wie die Längsrichtung und die Querrichtung der Elektronenemissionsfläche der Elektronenquelle 20 ausgerichtet sind.
Der Elektronenstrahl tritt in der Z-Achsenrichtung durch die Mitten der vier Elektroden. Das positive Vorzeichen (+) und das negative Vorzeichen (-), die auf den Elektroden angegeben sind, geben die Polarität der an jede Elektrode angelegten Spannung an. Die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 legen Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die X-Achsenrichtungselektrode und die Y-Achsenrichtungselektrode an, um einen Öffnungswinkel des Elektronenstrahls in der X-Achsenrichtung zu divergieren und in der Y-Richtung zu konvergieren.
Im Fall der in 9 dargestellten Polarität empfängt der Elektronenstrahl, der vom Punkt O in die XZ-Ebene einschließlich der Querrichtung der Elektronenemissionsfläche emittiert wird, eine Abstoßungskraft von den zwei (-)-polaren Elektroden in X-Achsenrichtung und ändert den Strahl in eine Richtung, in der der Öffnungswinkel konvergiert, wenn der Strahl das elektrostatische Quadrupolelement 31 passiert. Der Elektronenstrahl erfährt eine Anziehungskraft von den zwei (+)-polaren Elektroden in der X-Achsenrichtung und ändert den Strahl in einer Richtung, in der der Öffnungswinkel divergiert, wenn der Strahl das elektrostatische Quadrupolelement 32 passiert.
Der vom Punkt O in die YZ-Ebene einschließlich der Längsrichtung der Elektronenemissionsfläche emittierte Elektronenstrahl empfängt eine Anziehungskraft von den zwei (+)-polaren Elektroden in der Y-Achsenrichtung und ändert den Strahl in eine Richtung, in der der Öffnungswinkel divergiert, wenn der Strahl das elektrostatische Quadrupolelement 31 passiert. Der Elektronenstrahl erfährt eine Abstoßungskraft von den beiden (-)-polaren Elektroden in Richtung der Y-Achse und ändert den Strahl in eine Richtung, in der der Öffnungswinkel konvergiert, wenn der Strahl das elektrostatische Quadrupolelement 32 passiert.
Der von der Elektronenemissionsfläche mit dem gleichen Emissionswinkel θ1 emittierte Elektronenstrahl wird an der Position P auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 durch Anlegen einer Spannung an das elektrostatische Quadrupolelement mit verschiedenen Konvergenzwinkeln θ3 und θ4 in der XZ-Ebene und der YZ-Ebene konvergiert. Das heißt, das Bild der Elektronenemissionsoberfläche wird auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit unterschiedlichen Vergrößerungen in der XZ-Ebene und der YZ-Ebene abgebildet.
Die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 können die Polarität und die Größe der an die Elektrode anzulegenden Spannung ändern, um so ein Verhältnis zwischen einer Breite in Längsrichtung und einer Breite in Querrichtung des Elektronenstrahls zu ändern, der auf die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 in Querrichtung der Elektronenemissionsfläche und in Längsrichtung der Elektronenemissionsfläche abgebildet wird. Wenn diese Funktion verwendet wird, ist es möglich, die Form eines Elektronenstrahls, mit dem die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 bestrahlt wird, zu ändern, ohne den Stromwert des Elektronenstrahls wesentlich zu ändern.
Das Verformungselement 30 ändert die Strahlform durch Einstellen von Spannungen an den Elektroden der elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32. Das Verformungselement 30 kann die Strahlform des Elektronenstrahls stabiler und reproduzierbarer ändern als beispielsweise im Fall der Änderung der Betriebsbedingungen der Elektronenquelle 20.
10 zeigt ein Beispiel einer Form des Elektronenstrahls zum Bestrahlen der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62. Ein Elektronenstrahl B, der am linken Ende von 10 gezeigt ist, zeigt ein Beispiel zum Einstellen des Elektronenstrahls mit einer Strahlbreite S in Längsrichtung durch Anlegen einer Spannung entsprechend den Strahlformdaten B an die Elektroden der elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32.
Der in der Mitte von 10 gezeigte Elektronenstrahl Bs zeigt ein Beispiel, bei dem der verengte Elektronenstrahl Bs, in dem eine Strahlbreite in Längsrichtung verringert ist, und Breiten in vertikaler und Querrichtung im Wesentlichen gleich sind, durch Anlegen einer Spannung entsprechend den Strahlformdaten Bs an die Elektroden der elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 eingestellt wird. Der Elektronenstrahl Bt, der am rechten Ende von 10 gezeigt ist, zeigt ein Beispiel, bei dem der Elektronenstrahl Bt, der verbreitert in der Längsrichtung ist, und bei dem die Strahlbreite in Längsrichtung verbreitert ist, durch Anlegen einer Spannung entsprechend den Strahlformdaten Bt an die Elektroden der elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 eingestellt wird.
11 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der Verformungselementsteuereinheit 130, die das Verformungselement 30 steuert. Eine Formdatenumwandlungseinheit 132 empfängt Strahlformdaten B, die von der Bestimmungseinheit 116 bestimmt und in der Speichereinheit 118 gespeichert werden, und berechnet Spannungsdaten D1 und D2, die an die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 des Verformungselements 30 ausgegeben werden sollen.
Die Formdatenumwandlungseinheit 132 empfängt die Strahlformdaten Bs, die in der Speichereinheit 118 gespeichert sind, und gibt Spannungsdaten D1s und D2s aus, die an die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 des Verformungselements 30 ausgegeben und zum Bilden des verengten Elektronenstrahls Bs verwendet werden, bei dem eine Strahlbreite in Längsrichtung verringert ist und die Breiten in vertikaler Richtung und in Querrichtung im Wesentlichen gleich sind.
Die Formdatenumwandlungseinheit 132 empfängt die Strahlformdaten Bt, die in der Speichereinheit 118 gespeichert sind, und gibt Spannungsdaten D1t und D2t aus, die an die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 des Verformungselements 30 ausgegeben und zum Bilden des Elektronenstrahls Bt verwendet werden, der in Längsrichtung verbreitert ist und bei dem eine Strahlbreite in Längsrichtung verbreitert ist.
Eine Elementantriebseinheit 136 führt eine Digital/Analog-Wandlung der von der Formdatenumwandlungseinheit 132 ausgegebenen Spannungsdaten D1 und D2 und dergleichen durch und gibt eine zu den Spannungsdaten proportionale Spannung an die elektrostatischen Quadrupolelemente 31 und 32 des Verformungselements 30 aus. Somit stellen die Verformungselemente 30 des ersten Strahls und des zweiten Strahls die Strahlformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls als die durch die jeweiligen Strahlformdaten angegeben Strahlformen ein.
Die Zeitsteuerungseinheit 134 empfängt von der Speichereinheit 118 Daten τab, ..., τbc, ... der Bestrahlungszeiten, die den Bestrahlungspositionen entsprechen. Die Zeitsteuerungseinheit 134 erzeugt eine Zeitvorgabe, zu der Strahlformdaten, die von der Formdatenumwandlungseinheit 132 in die Spannungsdaten D1 und D2 umgewandelt wurden, entsprechend der Bestrahlungszeit an die Elementantriebseinheit 136 und das Verformungselement 30 ausgegeben werden.
Die Zeitsteuerungseinheit 134 führt eine Operation ähnlich derjenigen der Zeitsteuerungseinheit 154 (siehe 8) der Ablenksteuereinheit 150 aus.
Die Zeitsteuerungseinheit 134 erzeugt jedes Mal eine Zeitvorgabe, wenn die Bestrahlungsposition umgeschaltet wird, und gibt Strahlformdaten aus. Das heißt, selbst in einem Fall, bei dem die Bestimmungseinheit 116 eine unterschiedliche Strahlform für jede Bestrahlungsposition bestimmt und die Speichereinheit 118 unterschiedliche Strahlformdaten für jede Bestrahlungsposition speichert, gibt die Verformungselementsteuereinheit 130 entsprechend die unterschiedliche Strahlform für jede Bestrahlungsposition aus.
In Bezug auf die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung mit dem oben beschriebenen Konfigurationsbeispiel zeigt 12 ein Beispiel eines Betriebsablaufs, der einen additiven Fertigungsvorgang der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung zeigt.
Wenn der additive Fertigungsvorgang gestartet wird, liefert die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung von der Pulverzufuhreinheit 64 der Formeinheit 300 eine Pulverprobe 68 und liefert eine Pulverschicht 62, die so abgeflacht ist, dass sie parallel zum Bodenabschnitt 72 ist, der vom Seitenwandabschnitt 74 umgebenen ist (S510).
Die Bestimmungseinheit 116 der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung bestimmt Daten einer Bestrahlungsposition, einer Strahlform und einer Bestrahlungszeit für den ersten Strahl und den zweiten Strahl, die von der Elektronenstrahlsäule 200 ausgegeben werden, basierend auf Modellierungsdaten, die in der Modellierungsdatensammeleinheit 114 gesammelt wurden. Die bestimmten Daten der Bestrahlungsposition, der Strahlform und der Bestrahlungszeit werden in der Speichereinheit 118 gespeichert (S520).
Bevor die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, liest die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung die Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls aus entlang einer kontinuierlichen Kurve aus der Speichereinheit 118 aus (S530). Die kontinuierliche Kurve ist eine der Kurven e1, e2, e3, ... und e10 in dem Beispiel von 3.
Die Speichereinheit 118 der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung stellt die ausgelesenen Bestrahlungspositionsdaten in der Ablenkdatenumwandlungseinheit 152 der Ablenksteuereinheit 150 ein. Die Speichereinheit 118 stellt die ausgelesenen Strahlformdaten in der Formdatenumwandlungseinheit 132 der Verformungselementsteuereinheit 130 ein. Die Speichereinheit 118 stellt die ausgelesenen Bestrahlungszeitdaten in der Zeitsteuerungseinheit 154 der Ablenksteuereinheit 150 und Zeitsteuerungseinheit 134 der Verformungselementsteuereinheit 130 ein.
Die Zeitsteuerungseinheiten 154 und 134 der Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung erzeugen ein Zeitsteuersignal für jede Bestrahlungszeit. Die Ablenksteuereinheit 150 gibt Bestrahlungspositionsdaten, die basierend auf dem Zeitsteuersignal koordinatentransformiert werden, an den Deflektor 50 aus. Die Verformungselementsteuereinheit 130 gibt die in Spannungsdaten des Verformungselements 30 umgewandelten Strahlformdaten an das Verformungselement 30 basierend auf dem Zeitsteuersignal aus. Somit wird die Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl entlang der kontinuierlichen Kurve bestrahlt (S540).
Wenn die Bestrahlung mit dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl entlang der kontinuierlichen Kurve abgeschlossen ist, bringt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung die Bestrahlungsposition des ersten Strahls zurück in die Nähe der Mitte einer Schnittschicht 65 einer 3D Struktur 66 (S550). Dies deshalb, weil der erste Strahl die Pulverschicht 62 mit Ausnahme des Abschnitts, der die Schnittschicht 65 sein soll, nicht schmilzt und verfestigt.
Schritt S550 kann in einem Fall verwendet werden, bei dem die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung keine Austastfunktion (Strahl-Aus-Funktion) zum Blockieren der Bestrahlung der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 mit dem Elektronenstrahl aufweist. Wenn die Austastfunktion bereitgestellt wird, kann in Schritt S550 die Bestrahlung der Pulverschicht 62 mit dem ersten Strahl durch Austasten blockiert werden.
Dann bestimmt die Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung 100, ob die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl während der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entlang aller kontinuierlichen Kurven in derselben Schicht wie die Pulverschicht 62, das heißt entlang aller Kurven e1, e2, e3, ... und e10 im Beispiel von 3, abgeschlossen wurde oder nicht (S560). In einem Fall, bei dem die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl nicht abgeschlossen ist (S560; Nein), liest die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung Daten der Bestrahlungspositionen, der Strahlformen und der Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang der nächsten kontinuierliche Kurve aus der Speichereinheit 118 (S530) aus und setzt die Bestrahlung der Pulverschicht 62 fort.
In einem Fall, bei dem die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl abgeschlossen ist (S560; Ja), bestimmt die Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung 100, ob das Schmelzen und Verfestigen aller Pulverschichten 62 der 3D-Struktur 66 abgeschlossen ist oder nicht (S570). In einem Fall, bei dem das Schmelzen und Verfestigen aller Pulverschichten 62 nicht abgeschlossen ist (S570; Nein), führt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung einen Vorschubvorgang der Antriebsstange 84 durch, um die Höhe der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 zu ändern (S580). Dann wird die Pulverprobe 68 der nächsten Pulverschicht 62 von der Pulverversorgungseinheit 64 der Formungseinheit 300 zugeführt (S510) und der additive Fertigungsvorgang (S520 bis S560) für die nächste Pulverschicht 62 wird fortgesetzt.
In einem Fall, bei dem das Schmelzen und Verfestigen aller Pulverschichten 62 abgeschlossen ist (S570; Ja), schließt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung den additiven Fertigungsvorgang an der 3D-Struktur 66 ab.
Bei dem oben beschriebenen additiven Fertigungsvorgang führt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung mit dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl gleichzeitig eine Schmelzbestrahlung und eine Hilfsbestrahlung der Pulverschicht 62 aus. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung kann die Zeit für den gesamten additiven Fertigungsvorgang im Vergleich zu einem Fall reduzieren, bei dem die Schmelzbestrahlung und die Hilfsbestrahlung getrennt durchgeführt werden.
Zusätzlich stellt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung den ersten Strahl und den zweiten Strahl so ein, dass sie die Strahlformen Bs und Bt und dergleichen haben, und ändert den Zustand des Elektronenstrahls, wie beispielsweise einen Strahlstromwert oder eine Strahlgröße, in der Mitte der Bestrahlung entlang der kontinuierlichen Kurve nicht signifikant. Die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung kann eine Instabilität vermeiden, die in einem Fall auftritt, bei dem sich der Zustand des Elektronenstrahls signifikant ändert, und eine Einschwingwartezeit beseitigen, die in einem Fall auftritt, bei dem sich der Zustand des Elektronenstrahls signifikant ändert.
Zudem führt die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung im oben beschriebenen additiven Fertigungsvorgang einen Vorgang des Schmelzens und Verfestigens eines Teils der Pulverschicht 62 aus, wenn der erste Strahl so eingestellt ist, dass er die Strahlform Bs aufweist, und bestrahlt parallel zum Schmelz- und Verfestigungsvorgang zusätzlich die Pulverschicht 62, wenn der zweite Strahl so eingestellt ist, dass er den aufgeweiteten Elektronenstrahl Bt aufweist.
Anstelle dessen kann die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung einen Vorgang des Schmelzens und Verfestigens eines Teils der Pulverschicht 62 ausführen, wenn der zweite Strahl so eingestellt ist, dass er die Strahlform Bs aufweist, und parallel zum Schmelz- und Verfestigungsvorgang zusätzlich die Pulverschicht 62 bestrahlen, wenn der erste Strahl so eingestellt wird, dass er den aufgeweiteten Elektronenstrahl Bt aufweist.
Ferner kann die Vorrichtung 100 zur 3D additiven Fertigung die Rollen des ersten Strahls und des zweiten Strahls in dem Prozess des Schmelzens und Verfestigens der Pulverschicht 62 abwechseln. Das heißt, um eine Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entlang einer Vielzahl von kontinuierlichen Kurven auf der Oberfläche 63 der Pulverschicht 62 auszuführen, können der erste Strahl und der zweite Strahl für einige kontinuierliche Kurven jeweils verwendet werden, um eine Schmelzbestrahlung und eine Hilfsbestrahlung auszuführen. Für andere kontinuierliche Kurven können der zweite Strahl und der erste Strahl jeweils verwendet werden, um eine Schmelzbestrahlung und eine Hilfsbestrahlung auszuführen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den im obigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Umfang beschränkt. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen zum obigen Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche geht auch hervor, dass Modi, denen solche Änderungen oder Modifikationen hinzugefügt wurden, ebenfalls in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung einbezogen werden können.
Es sei angemerkt, dass die Ausführungsreihenfolge von Prozessen in Operationen, Prozeduren, Schritten und Stufen in der Vorrichtung, dem System, einem Programm und dem Verfahren, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen gezeigt sind, nicht klar als „vor“, „vorhergehend“ und dergleichen angegeben ist und die Prozesse können in beliebiger Reihenfolge realisiert werden, es sei denn, die Ausgabe im vorherigen Prozess wird im späteren Prozess verwendet. In Bezug auf den Betriebsablauf in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen bedeutet dies nicht, dass es wesentlich ist, diese in dieser Reihenfolge auszuführen, obwohl dies aus Bequemlichkeitsgründen unter Verwendung von „zuerst“, „als nächstes“ und dergleichen beschrieben wird.
Bezugszeichenliste

20:: Elektronenquelle
30:: Verformungselement
31, 32:: elektrostatisches Quadrupolelement
40:: elektromagnetische Linse
50:: Deflektor
55:: Sub-Deflektor
62:: Pulverschicht
63:: Oberfläche
64:: Pulverzufuhreinheit
65:: Schnittschicht
66:: 3D-Struktur
68:: Pulverprobe
72:: Bodenabschnitt
74:: Seitenwandabschnitt
82:: Antriebseinheit
84:: Antriebsstange
100:: Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung
110:: CPU
112:: Bus
114:: Modellierungsdatensammeleinheit
116:: Bestimmungseinheit
118:: Speichereinheit
120:: Elektronenquellensteuereinheit
130:: Verformungselementsteuereinheit
132:: Formdatenumwandlungseinheit
134:: Zeitsteuerungseinheit
136:: Elementantriebseinheit
140:: Linsensteuereinheit
150:: Ablenksteuereinheit
152:: Ablenkdatenumwandlungseinheit
154:: Zeitsteuerungseinheit
156:: Ablenkantriebseinheit
160:: Höhensteuereinheit
200:: Elektronenstrahlsäule
300:: Formeinheit
400:: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7454262 B2 [0002, 0003]
JP 2015193866 A [0002, 0003]

Claims

Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung, die eine 3D-Struktur durch Laminieren von Schnittschichten bildet, die durch Schmelzen und Verfestigen einer Pulverschicht erhalten werden, wobei die Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung umfasst: eine Elektronenstrahlsäule, die einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl zur parallelen Bestrahlung mit dem ersten Strahl ausgibt, eine Formungseinheit, die Rohmaterialpulver aufnimmt, das mit dem ersten Strahl bestrahlt wird, und eine Steuerung, welche die Elektronenstrahlsäule steuert, wobei die Steuerung enthält: eine Bestimmungseinheit, die eine Vielzahl von Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang einer Vielzahl von schleifenartigen Linien festlegt, die einen Pfad eines Elektronenstrahls repräsentiert, mit dem die Schnittschicht bestrahlt wird, und eine Bestrahlungszeit an jeder der Bestrahlungspositionen bestimmt, eine Speichereinheit, die Daten der Bestrahlungspositionen und der Bestrahlungszeit speichert, die von der Bestimmungseinheit bestimmt werden, und eine Zeitsteuereinheit, die eine Zeitvorgabe zum Auslesen der Bestrahlungspositionsdaten aus der Speichereinheit entsprechend der Bestrahlungszeit und Ausgeben der Bestrahlungspositionsdaten an die Elektronenstrahlsäule erzeugt.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 1, wobei die schleifenartige Linie durch eine kontinuierliche Kurve repräsentiert wird, die aus Bögen und Liniensegmenten besteht, und die Bestimmungseinheit die Bestrahlungspositionen entlang der kontinuierlichen Kurve festlegt.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit die Bestrahlungsposition in einem vorgegebenen Abstand festlegt.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit einen Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen entlang der kontinuierlichen Kurve gemäß einer Strahlform oder einer Strahlintensität des ersten Strahls oder des zweiten Strahls bestimmt.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit die gleiche Bestrahlungszeit für die Strahlungspositionen entlang den Bögen festlegt, welche den gleichen Kurvenradius aufweisen.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Speichereinheit die Daten der Bestrahlungsposition und die Bestrahlungszeit in der Reihenfolge der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl speichert.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 6, wobei die Bestimmungseinheit die Bestrahlungsposition und die Bestrahlungszeit in einer Reihenfolge aus der schleifenförmigen Line, die eine größte Fläche umgibt, speichert und die Bestrahlungsposition und die Bestrahlungszeit in der Speichereinheit speichert.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenstrahlsäule eine Vielzahl von Verformungselementen enthält, die Querschnittsformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls verformen, und die Bestimmungseinheit die Querschnittsformen des ersten Strahls und des zweiten Strahls zusammen mit den Bestrahlungspositionen und den Bestrahlungszeiten des ersten Strahls und des zweiten Strahls speichert.
Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung nach Anspruch 1, wobei die Elektronenstrahlsäule einen Sub-Deflektor enthält, der einen Abstand zwischen den Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls auf einer Oberfläche der Pulverschicht einstellt.
Verfahren zur additiven Fertigung, das in einer Vorrichtung zur 3D additiven Fertigung ausgeführt wird, enthaltend eine Elektronenstrahlsäule, die einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl zur Bestrahlung eines breiteren Bereichs als der erste Strahl parallel mit dem ersten Strahl ausgibt, eine Formungseinheit, die Rohmaterialpulver aufnimmt, das mit dem ersten Strahl bestrahlt wird, und eine Steuerung, welche die Elektronenstrahlsäule steuert, und eine 3D laminierte Struktur durch Laminieren von Schnittschichten bildet, die durch Bestrahlen einer Pulverschicht des Rohmaterialpulvers mit einem Elektronenstrahl geschmolzen und verfestigt werden, wobei das Verfahren zur additiven Fertigung umfasst: Einstellen einer Vielzahl von Bestrahlungspositionen des ersten Strahls und des zweiten Strahls entlang einer Vielzahl von schleifenartigen Linien, die einen Pfad des Elektronenstrahls repräsentieren, mit dem die Schnittschichten bestrahlt werden, und Bestimmen einer Bestrahlungszeit an jeder der Bestrahlungspositionen in der Steuerung, Ausgeben von Daten der Bestrahlungsposition an die Elektronenstrahlsäule und Ausführen einer Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl bei einer Zeitvorgabe, die auf der Grundlage der Bestrahlungszeitdaten von der Steuerung erzeugt wird, und Zurückbringen der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls zu einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche der Pulverschicht jedes Mal, wenn die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entlang einer jeden aus der Vielzahl von schleifenartigen Linien abgeschlossen ist.