JP2019022978A - ３次元の物体を付加製造する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスチャンバを通って流れている間のガス流の流動特性の改善された判定（決定）を可能にする３次元の物体を付加製造するための装置の提供。【解決手段】エネルギービーム４によって固化することができる造形材料層３を層ごとに選択的に照射および固化することによって３次元の物体２を付加製造する装置１は、造形材料層が装置の動作中にエネルギービームによって層ごとに選択的に照射および固化される造形平面７を備えるプロセスチャンバ８と、装置の動作中にプロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス流を生成するように構成されたガス流生成デバイス９と、装置の動作中に生成される固化されていない造形材料粒子２５、特に煙または煙残留物で充填することが可能であり、プロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、光学的に判定光学判定デバイス１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射および固化することによって３次元の物体を付加製造する装置に関し、この装置は、造形材料層が装置の動作中にエネルギービームによって連続して層ごとに選択的に照射および固化される造形平面を備えるプロセスチャンバと、装置の動作中にプロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス流を生成するように構成されたガス流生成デバイスとを備え、ガス流は、プロセスチャンバを通って流れている間に、装置の動作中に生成される固化されていない造形材料粒子、（特に）煙または煙残留物で充填されることが可能である。

３次元の物体を付加製造するそれぞれの装置は周知であり、たとえば、選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、または選択的電子ビーム溶融装置として実施することができる。

また、それぞれの装置は、装置の動作中にプロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス流を生成するように構成されたガス流生成デバイスを備えることも周知であり、ガス流は、プロセスチャンバを通って流れている間に、装置の動作中に生成される固化されていない造形材料粒子、（特に）煙または煙残留物で充填される。

それぞれのガス流の流動特性は、付加造形プロセスの品質、したがって付加造形される物体の品質に影響を与える。したがって、それぞれのガス流の流動特性を正確に判定（決定）することは、付加造形プロセスの品質および付加造形される物体の品質にとって非常に重要である。

従来、それぞれのガス流の流動特性は、典型的には、プロセスチャンバに入る前および／またはプロセスチャンバを出た後にガス流が流れる管、パイプなどの中で判定される。プロセスチャンバ内で、すなわちガス流がプロセスチャンバを通って流れている間に、ガス流の流動特性を直接判定し、流動特性の改善された判定を可能にすることは、一般的には行われていない。

上記を考慮して、本発明の目的は、プロセスチャンバを通って流れている間のガス流の流動特性の改善された判定を可能にする３次元の物体を付加製造するための装置を提供することである。

この目的は、独立請求項１による３次元の物体を付加製造する装置によって実現される。従属請求項は、独立請求項１による装置の可能な実施形態に関する。

本明細書に記載の装置は、エネルギービームによって固化することができる粉末状の造形材料（「造形材料」）層を連続して層ごとに選択的に照射および固化することによって、３次元の物体、たとえば技術的な構成要素を付加製造する装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、またはポリマーの粉末とすることができる。それぞれのエネルギービームは、レーザビームまたは電子ビームとすることができる。それぞれの装置は、たとえば、選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、または選択的電子ビーム溶融装置とすることができる。

装置は、複数の構造的ユニットおよび／または機能的ユニットを備える。例示的な構造的ユニットおよび／または機能的ユニットには、造形材料層が装置の動作中にエネルギービームによって連続して層ごとに選択的に照射および固化される造形平面を備えるプロセスチャンバや、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように構成された照射デバイスや、プロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス流を生成するように構成されたガス流生成デバイスが挙げられる。ガス流生成デバイスは、吸引デバイスおよび／もしくは送風デバイスとして構築することができ、または吸引デバイスおよび／もしくは送風デバイスを備えることができる。ガス流は、プロセスチャンバを通って流れている間に、装置の動作中に生成される固化されていない造形材料粒子、（特に）煙または煙残留物で充填することが可能である。ガス流は、典型的には不活性であり、すなわち典型的には不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。

装置は、装置の動作中、すなわち典型的には少なくとも１つの３次元の物体が付加造形される造形ジョブ中に、プロセスチャンバを通って流れるガス流の流動挙動または流動特性をそれぞれ特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、プロセスチャンバ内の１つまたは複数の画定可能な位置または画定された位置で光学的に判定（決定）するように構成された光学判定デバイスをさらに備える。したがって、光学判定デバイスは、装置の動作中にプロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、プロセスチャンバの外側ではなく内側で直接、光学的に判定(決定)するように構成される。したがって、光学判定デバイスは、装置の動作中、プロセスチャンバの内側で直接、すなわちガス流がプロセスチャンバを通って流れている間に、ガス流の流動特性を直接監視するように構成される。したがって、光学判定デバイスは、プロセスチャンバの内側のガス流の流動特性に関する直接的かつ広範であり、特に時間的かつ空間的に分析された情報を提供することが可能である。

装置の実施形態の以下の説明から明らかになるように、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータが判定される位置は、プロセスチャンバ内で任意に選択することができ、すなわち特に任意に空間的に分布させることができ、プロセスチャンバ内の任意の位置における流動特性に関する包括的な情報を可能にすることができる。

典型的にはプロセスチャンバに入る前および／またはプロセスチャンバを出た後にガス流が流れる管、パイプなどの中で流動特性を判定することに基づくそれぞれのガス流の流動特性を判定する周知の原理と比較すると、光学判定デバイスは、プロセスチャンバの内側で、すなわちガス流がプロセスチャンバを通って流れている間に、ガス流の流動特性を直接判定することを可能にし、その結果、ガス流の流動特性の改善された判定（決定）が得られる。

その結果、プロセスチャンバを通って流れている間のガス流の流動特性の改善された判定(決定)を可能にする３次元の物体を付加製造するための装置が与えられる。

ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータは、流速、流動プロファイルなどとすることができる。流速と流動プロファイルはどちらも、プロセスチャンバを通って流れている間のガス流の流動特性に関する包括的な洞察を可能にする。当然ながら、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータ、たとえば流速、流動プロファイルなどの変化、分布、勾配などを判定(決定)することができる。

光学判定デバイスは、プロセスチャンバ内のガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された少なくとも１つの光学測定ユニットと、光学測定ユニットによって測定された測定値を分析および／または評価して、プロセスチャンバ内の少なくとも１つの画定された位置で装置の動作中にプロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを判定(決定)するように構成された少なくとも１つの分析および／または評価ユニット（「評価ユニット」）とを備えることができる。光学測定ユニットは、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを判定(決定)するために分析および／または評価することができるガス流に関係する測定値を提供するように構成され、評価ユニットは、ガス流に関係するそれぞれの測定値を分析および／または評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを判定（決定）するように構成される。光学測定ユニットと評価ユニットはどちらも、ソフトウェアおよび／もしくはハードウェアで実施することができ、またはソフトウェアおよび／もしくはハードウェアでそれぞれ実施される多様なサブユニットを備えることができる。

光学測定ユニットは、プロセスチャンバ内の異なる位置でそれぞれの測定値を測定するように構成することができる。光学測定ユニットはまた、プロセスチャンバ内の異なる位置で複数の測定値を測定するように構成することができる。言い換えれば、光学測定ユニットは、プロセスチャンバ内の第１の空間座標を有する第１の位置で第１の測定値を測定し、プロセスチャンバ内のさらなる空間座標を有する少なくとも１つのさらなる位置で少なくとも１つのさらなる測定値を（同時または続けて）測定するように構成することができる。したがって、測定値が測定される位置は、自動的にまたは手動で任意に画定、選択、変更などを行うことができる。プロセスチャンバ内の異なる位置で測定値を得ることで、プロセスチャンバを通って流れている間のガス流の流動特性に関する多次元の情報を作成することが可能になる。それぞれの測定値が測定されるそれぞれの位置の数および座標は、任意に画定、選択、変更などを行うことができる。

評価ユニットは、複数の測定値を評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、装置の動作中にプロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性の少なくとも１つの多次元表現・表示で判定(決定)するように構成することができる。多次元表現・表示は、実時間（リアルタイム）表現・表示とすることができる。多次元表現・表示は、プロセスチャンバの少なくとも１つの部分容積内のパラメータの２次元（空間）表現・表示、したがって、装置の動作中にプロセスチャンバの少なくとも１つの部分容積を通って流れるガス流の流動特性の２次元（空間）表現・表示、またはプロセスチャンバの少なくとも１つの部分容積内のパラメータの流動特性の３次元（空間）表現・表示、したがって、装置の動作中にプロセスチャンバの少なくとも１つの部分容積を通って流れるガス流の３次元（空間）表現・表示を指すことができる。いずれの場合も、任意のそれぞれの多次元表現・表示の変化、勾配などを判定して、装置の動作中にプロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性の時間的および／または局所的に分析された表現・表示を判定（決定）することができる。

光学判定デバイスは、レーザドップラ風速測定および／または光切断法（ｌｉｇｈｔ−ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ）に基づいて、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定(決定)するように構成することができる。レーザドップラ風速測定の原理と光切断法の原理はどちらも、ガス流の流動特性の高分析判定を可能にする。

レーザドップラ風速測定の原理は、典型的には、評価／分析するべきガス流内のトレーサ粒子で生成される散乱光信号を、トレーサ粒子を含有するガス流が測定領域／測定容積を通過するときに検出および分析／評価することを含む（本装置では、それぞれの固化されていない造形材料粒子が、それぞれのトレーサ粒子として働くことができる）。測定領域／測定容積は、典型的には、測定ビームが互いに交差する事前に画定可能な座標の交差点である。散乱光信号内で測定された強度変調および／または散乱光信号内の強度変調の測定された変化を分析／評価することによって、それぞれトレーサ粒子およびガス流の速度、したがってガス流の流動特性を判定(決定)することができる。レーザドップラ風速測定は、ガス流の流動特性の時間的かつ空間的に高度に分析された特徴付けを可能にする。

光切断法の原理は、典型的には、測定領域／測定容積内に露出される画定された時間ずらし（タイムシフト）で画定された持続時間（パルスごと）のパルス光区分を検出および分析／評価することを含む。検出された光区分を分析／評価することによって、評価／分析するべきガス流内のトレーサ粒子の経路を、周知の相関アルゴリズム、方法などによって判定することができる（本装置では、それぞれの固化されていない造形材料粒子が、それぞれのトレーサ粒子として働くことができる）。トレーサ粒子の時間ずらしおよび経路が分かると、それぞれトレーサ粒子およびガス流の速度、したがってガス流の流動特性を判定（決定）することができる。光切断法はまた、ガス流の流動特性の時間的かつ空間的に、高度に分析された特徴付けを可能にする。

光学判定デバイスが、レーザドップラ風速測定に基づいて、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定（決定）するように構成されている場合、プロセスチャンバ内のガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された上記の光学測定ユニットまたは少なくとも１つの光学測定ユニットは、プロセスチャンバ内の事前に画定可能な座標の交差点で互いに交差する複数の測定ビーム、たとえばレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成ユニットと、プロセスチャンバ内の測定ビームの交差点を検出するように構成された光学検出ユニットとを備えることができる。

測定ビーム生成ユニットは、プロセスチャンバ内の事前に画定可能な座標の第１の交差点で互いに交差する第１の複数の測定ビームと、プロセスチャンバ内の事前に画定可能な座標の第２の交差点で互いに交差する第２の複数の測定ビームとを生成するように構成することができる。それぞれの第１および第２の複数の測定ビームは、同時にまたは時間をずらして生成することができる。光学検出ユニットは、プロセスチャンバ内の測定ビームの第１および第２の交差点を検出するように構成することができる。

光学測定ユニットの例示的な構成は、レーザドップラ風速測定を実行するように構成され、測定ビーム生成ユニット、光学アセンブリ、および光学検出ユニットを備えることができる。

測定ビーム生成ユニットは、少なくとも１つの測定ビームを生成するように構成される。測定ビーム生成ユニットは、少なくとも１つの測定ビーム、たとえばレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成源、たとえばレーザ源を備えることができる。

光学アセンブリは、プロセスチャンバ内の任意の交差点で互いに交差する複数の測定ビームを生成するように構成される。光学アセンブリは、プロセスチャンバを通って、垂直方向に延び、すなわち典型的には造形材料を選択的に照射および固化するために使用されるエネルギービームに対して（実質上）平行方向に延びる測定ビームを生成するように構成することができる。光学アセンブリは、測定ビーム生成ユニットによって生成される測定ビームを複数の測定ビームに分割するように構成された測定ビームスプリッタと、測定ビームスプリッタによって生成される測定ビームを変調するように構成された光学変調器、たとえばブラッグセルと、少なくとも１つの光屈折体（レンズ）とを備えることができる。光屈折体は、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、プロセスチャンバ内の測定ビームの交差点を任意に変化させることができる。光屈折体は、分割および変調された測定ビームがプロセスチャンバに入ることを可能にするビーム入射窓の一部を形成することができ、またはその前に（その前方に）配置することができる。ビーム入射窓もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。ビーム入射窓は、水平に延びるプロセスチャンバ壁（上壁）内に配置することができる。

光学検出ユニットは、プロセスチャンバ内の測定ビームの交差点を検出するように構成される。光学検出ユニットは、少なくとも１つの光学検出器、たとえばフォトダイオードまたは光電子増倍管を備えることができる。光学検出器は、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、検出領域／検出容積を任意に変化させて、プロセスチャンバ内の異なる位置で測定ビームの交差点の検出を保証することができる。光学検出器は、プロセスチャンバ内の異なる位置で測定ビームの交差点を検出することを可能にする検出窓の一部を形成することができ、またはその前に配置することができる。検出窓もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。ビーム入射窓は、垂直に延びるプロセスチャンバ壁（側壁）内に配置することができる。

当然ながら、測定値を評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを判定（決定）するように構成された評価ユニットが、光学検出ユニットに割り当てられる。

光学判定デバイスが、光切断法に基づいて、流れているガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定（決定）するように構成されている場合、プロセスチャンバ内のガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された上記の光学測定ユニットまたは少なくとも１つの光学測定ユニットは、プロセスチャンバを通って特に造形平面に対して平行に延びる少なくとも１つのパルス測定ビーム、たとえばパルスレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成ユニットと、プロセスチャンバ内の少なくとも１つの検出領域／検出容積内で、測定ビームとガス流との間の相互作用、特に測定ビームとガス流内の固化されていない造形材料粒子との間の相互作用によって生成される散乱光を検出するように構成された光学検出ユニットとを備えることができる。

光切断測定を実行するように構成された光学測定ユニットの例示的な構成は、測定ビーム生成ユニットおよび光学検出ユニットを備えることができる。

測定ビーム生成ユニットは、少なくとも１つのパルス測定ビームを生成するように構成される。測定ビーム生成ユニットは、少なくとも１つのパルス測定ビーム、たとえばパルスレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成源、たとえばレーザ源を備えることができる。測定ビーム生成ユニットは、典型的には、プロセスチャンバを通って水平方向／水平平面内に延び、すなわち典型的にはプロセスチャンバを通って造形材料を選択的に照射および固化するために使用されるエネルギービームに対して（実質上）直交方向に延びる測定ビームを生成するように構成される。測定ビーム生成ユニットは、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、プロセスチャンバ内でパルス測定ビームが延びる平面を任意に変化させることができる。測定ビーム生成ユニットは、測定ビームがプロセスチャンバに入ることを可能にするビーム入射窓の一部を形成することができ、またはその前に配置することができる。ビーム入射窓もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。ビーム入射窓は、垂直に延びるプロセスチャンバ壁（側壁）内に配置することができる。

光学検出ユニットは、検出平面、すなわちプロセスチャンバ内で測定ビームが延びる平面内で、トレーサ粒子（上述したように、典型的には、ガス流内の固化されていない造形材料粒子）を検出するように構成される。光学検出ユニットは、少なくとも１つの光学検出器、たとえばカメラを備えることができる。光学検出器は、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、検出平面を任意に変化させて、プロセスチャンバ内の異なる検出平面でトレーサ粒子の検出を保証することができる。光学検出器は、プロセスチャンバ内の異なる検出平面でトレーサ粒子を検出することを可能にする検出窓の一部を形成することができ、またはその前に配置することができる。検出窓もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。検出窓は、水平に延びるプロセスチャンバ壁（上壁）内に配置することができる。

当然ながら、測定値を評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを判定（決定）するように構成された評価ユニットが、光学検出ユニットに割り当てられる。

いずれの場合も、ガス流生成デバイスは、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つの判定されたパラメータに基づいて、ガス流の流動特性、たとえば流速を制御するように構成することができる。したがって、プロセスチャンバ内のガス流の流動特性に関する情報に基づいて、ガス流の流動特性を制御し、すなわち所望の流動特性を有するガス流を保証／維持し、その結果、付加造形プロセスの品質、したがって付加造形される物体の品質が改善されるように、制御ループを実施することができる。

装置は、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つの判定（決定）されたパラメータをまたはガス流の流動特性を、それぞれ、特にガス流の流動特性の少なくとも１つの多次元表現・表示で出力するように構成された出力インターフェース・ユニットをさらに備えることができる。出力インターフェース・ユニットは、出力のグラフィカル表現・表示を出力することを可能にするグラフィカル・インターフェース、たとえばディスプレイを備え、および／または通信リンク、たとえば通信ネットワークを介して少なくとも１つの通信相手先へ出力を通信することを可能にする通信インターフェースを備えることができる。

本発明はさらに、エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射および固化することによって３次元の物体を付加製造する装置向けの光学判定デバイスに関する。光学判定デバイスは、装置の動作中に装置のプロセスチャンバを通って流れるガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、プロセスチャンバ内の少なくとも１つの画定された位置で光学的に判定するように構成される。光学判定デバイスは、本明細書に指定の装置内で実施することができる。したがって、この装置に関係するすべての記述は、光学判定デバイスにも同様に当てはまる。

本発明の例示的な実施形態について、図を参照して説明する。

例示的な実施形態による３次元の物体を付加製造する装置の原理図である。 例示的な実施形態による３次元の物体を付加製造する装置の原理図である。

図１、図２はそれぞれ、エネルギービーム４、たとえばレーザビームまたは電子ビームによって固化することができる粉末状の造形材料層３、たとえば金属粉末を連続して層ごとに選択的に照射し、それに付随して固化することによって、３次元の物体２、たとえば技術的な構成要素を付加製造する装置１の原理図を示す。装置１は、たとえば、選択的レーザ溶融装置または選択的電子ビーム溶融装置とすることができる。

装置１は、複数の構造的および／または機能的ユニットを備える。

１つの例示的な機能的ユニットは、照射デバイス５、特にエネルギービーム生成デバイスおよび／またはエネルギービーム偏向デバイス、たとえば走査デバイスであり、造形材料層を少なくとも１つのエネルギービーム４で選択的に照射する働きをする。

別の例示的な機能的ユニットは、造形材料塗布デバイス６、特に被覆デバイスであり、たとえば装置１のプロセスチャンバ８の造形平面７内で、造形材料層３を塗布する働きをする。

別の例示的な機能的ユニットは、流れ生成デバイス９、たとえば吸引デバイスおよび／または送風デバイスであり、プロセスチャンバ８を通って、すなわちプロセスチャンバ・ガス入口１１とプロセスチャンバ・ガス出口（図示せず）との間を流れるガス流（矢印１０で示す）を生成するように構成される。ガス流は、プロセスチャンバ８を通って流れている間に、固化されていない造形材料粒子２５、特に装置１の動作中に生成される煙または煙残留物で充填することが可能である。ガス流体流は、不活性であり、すなわち不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。

装置１は、装置１の動作中にプロセスチャンバ８を通って流れるガス流の流動挙動または流動特性をそれぞれ特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、プロセスチャンバ８内の１つまたは複数の画定可能な位置または画定された位置で光学的に判定するように構成された光学判定デバイス１２をさらに備える。光学判定デバイス１２は、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを、プロセスチャンバ８の内側で直接、光学的に判定するように構成される。したがって、光学判定デバイス１２は、プロセスチャンバ８の内側で直接、ガス流の流動特性を直接監視するように構成される。したがって、光学判定デバイスは、プロセスチャンバ８の内側のガス流の流動特性に関する直接的かつ広範な情報を提供することが可能である。

ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータは、流速、流動プロファイルなどとすることができる。当然ながら、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータ、たとえば流速、流動プロファイルなどの変化、分布、勾配などを判定（決定）することができる。

光学判定デバイス１２は、プロセスチャンバ８内のガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された光学測定ユニット１３と、光学測定ユニット１３によって測定された測定値を分析および／または評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを判定（決定）するように構成された分析および／または評価ユニット１４（「評価ユニット」）とを備える。言い換えれば、光学測定ユニット１３は、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを判定（決定）するために分析および／または評価することができるガス流に関係する測定値を提供するように構成され、評価ユニット１４は、ガス流に関係するそれぞれの測定値を分析および／または評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを判定（決定）するように構成される。

光学測定ユニット１３は、プロセスチャンバ８内の異なる位置でそれぞれの測定値を測定するように構成される。光学測定ユニット１３はまた、プロセスチャンバ８内の異なる位置で複数の測定値を測定するように構成される。言い換えれば、光学測定ユニット１３は、プロセスチャンバ８内の第１の空間座標を有する第１の位置で第１の測定値を測定し、プロセスチャンバ８内のさらなる空間座標を有する少なくとも１つのさらなる位置で少なくとも１つのさらなる測定値を（同時または続けて）測定するように構成される。したがって、測定値が測定される位置は、自動的にまたは手動で任意に画定、選択、変更などを行うことができる。

評価ユニット１４は、複数の測定値を評価して、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したそれぞれのパラメータを、プロセスチャンバ８を通って流れるガス流の流動特性の少なくとも１つの多次元表現・表示で判定（決定）するように構成される。多次元表現・表示は、実時間（リアルタイム）表現・表示とすることができる。

図１の例示的な実施形態によれば、光学判定デバイス１２は、レーザドップラ風速測定に基づいて、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したパラメータを光学的に判定（決定）するように構成される。

この実施形態によれば、光学測定ユニット１３は、プロセスチャンバ８内の事前に画定可能な座標の交差点Ｐ１で互いに交差する複数の測定ビーム１６、１６ａ、１６ｂを生成するように構成された測定ビーム生成ユニット１５と、プロセスチャンバ８内の測定ビーム１６、１６ａ、１６ｂの交差点Ｐ１を検出するように構成された光学検出ユニット１７とを備える。

測定ビーム生成ユニット１５は、プロセスチャンバ８内の事前に画定可能な座標の第１の交差点Ｐ１で互いに交差する第１の複数の測定ビーム１６、１６ａ、１６ｂと、プロセスチャンバ８内の事前に画定可能な座標の第２の交差点で互いに交差する第２の複数の測定ビームとを生成するように構成することができる。それぞれの第１および第２の複数の測定ビームは、同時にまたは時間をずらして生成することができる。光学検出ユニット１７は、プロセスチャンバ８内の測定ビームの第１および第２の交差点を検出するように構成することができる。

図１は、光学測定ユニット１３の例示的な構成を示す。この例示的な構成によれば、光学測定ユニット１３は、測定ビーム生成ユニット１５、光学アセンブリ１８、および光学検出ユニット１７を備える。

測定ビーム生成ユニット１５は、測定ビーム１６を生成するように構成されており、測定ビーム１６、たとえばレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成源２７、たとえばレーザ源を備える。

光学アセンブリ１８は、プロセスチャンバ８を通って、垂直方向に延び、すなわち典型的には造形材料を選択的に照射および固化するために使用されるエネルギービーム４に対して（実質上）平行方向に延び、プロセスチャンバ８内の交差点Ｐ１で互いに交差する複数の測定ビーム１６ａ、１６ｂを生成するように構成されており、測定ビーム生成ユニット１５によって生成される測定ビーム１６を２つの測定ビーム１６ａ、１６ｂに分割するように構成された測定ビームスプリッタ１９と、測定ビームスプリッタ１９によって生成される２つの測定ビーム１６ａ、１６ｂを変調するように構成された光学変調器２０、たとえばブラッグセルと、光屈折体２１（レンズ）とを備える。

光屈折体２１は、少なくとも１つの並進運動自由度（矢印Ａ１で示す）および回転運動自由度（矢印Ａ２で示す）で可動に支持されており、それぞれの運動自由度で動かすことによって、プロセスチャンバ８内の測定ビーム１６ａ、１６ｂの交差点Ｐ１を任意に変化させる。光屈折体２１は、測定ビーム１６ａ、１６ｂがプロセスチャンバ８に入ることを可能にする水平に延びるプロセスチャンバ壁（上壁）内に配置されたビーム入射窓２２の一部を形成しまたはその前に配置される。ビーム入射窓２２もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。

光学検出ユニット１７は、少なくとも１つの光学検出器２３、たとえばフォトダイオードまたは光電子増倍管を備える。光学検出器２３は、少なくとも１つの並進運動自由度および／または回転運動自由度（矢印Ａ３で示す）で可動に支持されており、それぞれの運動自由度で動かすことによって、検出領域／検出容積を任意に変化させて、プロセスチャンバ８内の異なる位置で測定ビーム１６ａ、１６ｂの交差点Ｐ１の検出を保証する。光学検出器２３は、プロセスチャンバ８内の異なる位置で測定ビーム１６ａ、１６ｂの交差点Ｐ１を検出することを可能にする垂直に延びるプロセスチャンバ壁（側壁）内に配置された検出窓２４の一部を形成しまたはその前に配置される。検出窓２４もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。

評価ユニット１４は、通信リンクによって光学検出ユニット１７に割り当てられ、したがって光学検出ユニット１７と通信して測定値を評価し、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したパラメータを判定（決定）する。

図２の例示的な実施形態によれば、光学判定デバイス１２は、光切断法に基づいて、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したパラメータを光学的に判定（決定）するように構成される。

この実施形態によれば、光学測定ユニット１３は、プロセスチャンバ８を通って造形平面７に対して平行に延びるパルス測定ビーム１６を生成するように構成された測定ビーム生成ユニット１５と、プロセスチャンバ８内の検出領域／検出容積内で、測定ビーム１６とガス流との間の相互作用、特に測定ビーム１６とガス流内の固化されていない造形材料粒子２５との間の相互作用によって生成される散乱光を検出するように構成された光学検出ユニット１７とを備える。

図２は、光学測定ユニット１３の例示的な構成を示す。この例示的な構成によれば、光学測定ユニット１３は、測定ビーム生成ユニット１５および光学検出ユニット１７を備える。

測定ビーム生成ユニット１５は、パルス測定ビーム１６を生成するように構成されており、プロセスチャンバ８を通って水平方向／水平平面内に延び、すなわちプロセスチャンバ８を通って造形材料３を選択的に照射および固化するために使用されるエネルギービーム４に対して（実質上）直交方向に延びるパルス測定ビーム１６、たとえばパルスレーザビームを生成するように構成された測定ビーム生成源２７、たとえばレーザ源を備える。測定ビーム生成ユニット１５は、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、プロセスチャンバ８内でパルス測定ビーム１６が延びる平面２８を任意に変化させることができる。測定ビーム生成ユニット１５は、測定ビーム１６がプロセスチャンバ８に入ることを可能にする垂直に延びるプロセスチャンバ壁（側壁）内に配置されたビーム入射窓２９の一部を形成したりまたはその前に配置される。ビーム入射窓２９もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。

光学検出ユニット１７は、検出平面２８、すなわちプロセスチャンバ８内で測定ビーム１６が延びる平面内で、トレーサ粒子、すなわちガス流内の固化されていない造形材料粒子２５を検出するように構成される。光学検出ユニット１７は、光学検出器２３、たとえばカメラを備える。光学検出器２３は、少なくとも１つの並進および／または回転の運動自由度で可動に支持することができ、それぞれの運動自由度で動かすことによって、検出平面２８を任意に変化させて、プロセスチャンバ８内の異なる検出平面２８でトレーサ粒子の検出を保証することができる。光学検出器２３は、プロセスチャンバ８内の異なる検出平面でトレーサ粒子を検出することを可能にする水平に延びるプロセスチャンバ壁（上壁）内に配置された検出窓３０の一部を形成したりまたはその前に配置される。検出窓３０もまた、少なくとも１つのそれぞれの運動自由度で可動に支持することができる。

評価ユニット１４は、通信リンクによって光学検出ユニット１７に割り当てられ、したがって光学検出ユニット１７と通信して測定値を評価し、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適したパラメータを判定（決定）する。

どちらの実施形態でも、ガス流生成デバイス９は、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した判定（決定）されたパラメータに基づいて、ガス流の流動特性、たとえば流速を制御するように構成することができる。したがって、プロセスチャンバ８内のガス流の流動特性に関する情報に基づいて、ガス流の流動特性を制御し、すなわち所望の流動特性を有するガス流を保証／維持する制御ループを実施することができる。

またどちらの実施形態でも、装置１は、ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つの判定（決定）されたパラメータをまたはガス流の流動特性を、それぞれ、特にガス流の流動特性の少なくとも１つの多次元表現・表示で出力するように構成された出力インターフェース・ユニット３１をさらに備えることができる。出力インターフェース・ユニット３１は、出力のグラフィカル表現・表示を出力することを可能にするグラフィカル・インターフェース、たとえばディスプレイを備えることができ、および／または通信リンク、たとえば通信ネットワークを介して少なくとも１つの通信相手先へ出力を通信することを可能にする通信インターフェースを備えることができる。

Claims (13)

1. エネルギービーム（４）によって固化することができる造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に照射および固化することによって３次元の物体（２）を付加製造する装置（１）であって、
   −造形材料層（３）が前記装置（１）の動作中にエネルギービーム（４）によって連続して層ごとに選択的に照射および固化される造形平面（７）を備えるプロセスチャンバ（８）と、
   −前記装置（１）の動作中に前記プロセスチャンバ（８）を通って少なくとも部分的に流れるガス流を生成するように構成されたガス流生成デバイス（９）であって、前記ガス流が、前記プロセスチャンバ（８）を通って流れている間に、前記装置（１）の動作中に生成される固化されていない造形材料粒子（２５）、煙または煙残留物で充填することが可能である、ガス流生成デバイス（９）と、
   −前記装置（１）の動作中に前記プロセスチャンバ（８）を通って流れる前記ガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、前記プロセスチャンバ（８）内の少なくとも１つの画定された位置で光学的に判定するように構成された光学判定デバイス（１２）とを備える装置（１）。
2. 前記光学判定デバイスが、
   前記プロセスチャンバ（８）内の前記ガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された少なくとも１つの光学測定ユニット（１３）と、
   前記光学測定ユニット（１３）によって測定された測定値を評価して、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した前記少なくとも１つのパラメータを判定するように構成された少なくとも１つの評価ユニット（１４）とを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの光学測定ユニット（１３）が、前記プロセスチャンバ（８）内の異なる位置で測定値を測定するように構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記光学測定ユニット（１３）が、前記プロセスチャンバ内の異なる位置で複数の測定値を測定するように構成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記評価ユニット（１４）が、前記複数の測定値を評価して、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した前記少なくとも１つのパラメータを、少なくとも１つの多次元表現・表示で判定するように構成される、請求項４に記載の装置。
6. 前記光学判定デバイス（１２）が、レーザドップラ風速測定および／または光切断法に基づいて、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定するように構成される、請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
7. 前記光学判定デバイス（１２）が、レーザドップラ風速測定に基づいて、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定するように構成され、それにより、
   前記プロセスチャンバ（８）内の前記ガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成された前記光学測定ユニット（１３）または少なくとも１つの光学測定ユニット（１３）が、前記プロセスチャンバ（８）内の事前に画定可能な座標の交差点（Ｐ１）で互いに交差する複数の測定ビーム（１６ａ、１６ｂ）を生成するように構成された測定ビーム生成ユニット（１５）と、前記プロセスチャンバ（８）内の前記測定ビーム（１６ａ、１６ｂ）の前記交差点（Ｐ１）を検出するように構成された光学検出ユニット（１７）とを備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記測定ビーム生成ユニット（１５）が、前記プロセスチャンバ（８）内の事前に画定可能な座標の第１の交差点（Ｐ１）で互いに交差する第１の複数の測定ビーム（１６ａ、１６ｂ）と、前記プロセスチャンバ（８）内の事前に画定可能な座標の第２の交差点で互いに交差する第２の複数の測定ビームとを生成するように構成され、前記光学検出ユニット（１７）が、前記プロセスチャンバ（８）内の前記測定ビームの前記第１および第２の交差点を検出するように構成される、請求項７に記載の装置。
9. 前記光学判定デバイス（１２）が、光切断法に基づいて、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを光学的に判定するように構成され、それにより、
   前記光学測定ユニット（１３）または少なくとも１つの光学測定ユニット（１３）が、前記プロセスチャンバ（８）内の前記ガス流に関係する少なくとも１つの測定値を光学的に測定するように構成され、前記プロセスチャンバ（８）を通って特に前記造形平面（７）に対して平行に延びるパルス測定ビーム（１６）を生成するように構成された測定ビーム生成ユニット（１５）と、前記プロセスチャンバ（８）内の少なくとも１つの検出領域内で、前記測定ビーム（１６）と前記ガス流、特に前記ガス流内の固化されていない造形材料粒子（２５）との間の相互作用によって生成される散乱光を検出するように構成された光学検出ユニット（１７）とを備える、請求項６〜８のいずれか一つに記載の装置。
10. 前記装置（１）の動作中に前記プロセスチャンバ（８）を通って流れる前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した前記少なくとも１つのパラメータが、前記ガス流の流速である、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記ガス流生成デバイス（９）が、前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した前記少なくとも１つの判定されたパラメータに基づいて、前記ガス流の前記流動特性を制御するように構成される、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 前記ガス流の前記流動特性を特徴付けるのに適した前記少なくとも１つの判定されたパラメータ、特に前記ガス流の前記流動特性の少なくとも１つの多次元表現・表示を出力するように構成された出力インターフェース・ユニット（３１）を備える、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置。
13. エネルギービーム（４）によって固化することができる造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に照射および固化することによって３次元の物体（２）を付加製造する装置（１）向けの光学判定デバイス（１２）であって、前記装置（１）の動作中に前記装置（１）のプロセスチャンバ（８）を通って流れるガス流の流動特性を特徴付けるのに適した少なくとも１つのパラメータを、前記プロセスチャンバ（８）内の少なくとも１つの画定された位置で光学的に判定するように構成された光学判定デバイス（１２）。

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