JP5324917B2 - ３ｄ生成プロセスでの３次元物体を製造するための方法およびデバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えば選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）または選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）などの３Ｄ生成熱プロセスで、３次元物体を製造するための方法およびデバイスに関する。

生成プロセスでは、３次元物体が積層されて製作され、以下のステップが一般的に行なわれる。
・処理チャンバ内で材料をターゲット面に特に選択的に積層して加えるステップ；
・材料を層内部で融着させて、３次元物体の下にある材料層が形成されているように、エネルギを材料からなる層に供給するステップ；
・材料を加えるステップとエネルギを供給するステップとを繰り返して、物体を積層して形成するステップ；
・処理チャンバに電磁放射線を入射するために、少なくとも１つの電磁要素が使用され、および／または、ターゲット面および処理チャンバ内の他のポテンシャル表面の温度が、表面によって射出される放射線を捕捉することによって測定されるステップ。

生成プロセスの一例は、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）であり、このプロセスは本質的に以下のステップを含む：
・ターゲット面に粉体層を加えるステップ；
・選択領域で粉末を溶融させるために、層内で形成されることになる物体の断面に対応する層の選択領域にエネルギを供給するステップ；
・粉末を加えるステップとエネルギを供給するステップとを繰り返して、物体を積層して形成するステップ。
・ついで溶融されていない粉末が物体から取り除かれる。

それぞれの層内、および下にありすでに固められた層内のターゲット面上に粉末を選択的に溶解させるために、層の平面にある可能な限り最も小さな点に集光レーザビームが使用される。このレーザビームは、それぞれの層の内側で走査動作を行い、それによって、形成されることとなる物体のそれぞれの断面を生成する。レーザビームは、溶融されたか融着された粉末の「痕跡」を残すことによって、断面の表面のそれぞれの広範囲の領域を「書き込む」かまたは「引き出す」。

このようなＳＬＳプロセスは、目的物を試験するためのプロトタイプ、少しの数だけ必要とされる完成品、または骨移植材料など個々の部品などを製造するために、近年ますます確立されてきている。この関連では、プロトタイプの急速な製造（ラピッドプロトタイピング、ＲＰプロセス）もまた、参照される。製造されることになる３次元物体にある機械的な要件に依存して、純粋のポリマー粉末（例えば、ＰＡ、ＰＢＴなど）や、例えばガラス粉末、セラミック粉末、金属粉末または他の充填剤を混合されたポリマー粉末を含有し、その融点が高分子材料の融点よりも一般に高い粉末の混合物が使用される。必要に応じて、純粋な金属粉末または金属粉末混合物がまた、直接に処理される。

積層して形成された物体における材料の応力および変形（収縮、ゆがみ）、ならびに、集光レーザビームの外側での焼結を避けるために、ターゲット面および加工領域（物体が共に置かれる「構成領域」）の温度がモニタされなければならず、また、必要に応じて制御されなければならない。

ターゲット面の表面温度は、例えば赤外線センサを使用してモニタされる。

基本的に、ターゲット面の表面温度に影響を与えるのに、２つの方策が利用される。一方では、放射線エネルギが、例えば赤外線エミッタを介してターゲット面の大きな領域の上に供給され、集光レーザビームを介して特定の点に供給される。他方では、窒素またはアルゴンなどの温度制御された（調節された）ガスがターゲット面の上を流れることができるので、ターゲット面から放射される熱に加えて、ガスの熱伝導および除去によって廃熱の別の部分が排除されることができる。

しかし、実際には、加工領域まで延びるＩＲセンサに関するいくつかの問題が、このようなＳＬＳシステムを操作する間に発生する。

概して、このようなＳＬＳプロセスは、粉末材料を利用し、この材料では、粉末の少なくとも一部分がポリマー材料である。その結果、蒸気（モノマーおよびオリゴマー）が、ポリマー材料を加熱した結果として構成プロセスの間に加工領域に入り、この蒸気がＩＲレンズ（勾配レンズ）または温度調節されたＩＲセンサのＩＲ窓に堆積するようになり、結果として測定偏差になる。というのは、ＩＲセンサおよびＩＲセンサのレンズまたは窓は、蒸気を含有する加工領域よりも明らかに低温であるからである。したがって、レンズまたは窓は、エタノールまたは別の強溶剤によって常に洗浄されなければならない。しかし、このことは、レンズまたは窓と主要なセンサユニットと間のシールに損傷を与え、シールが時間とともにそのシール効果を失うことになる。

このような堆積物を避けるために、ＩＲセンサが可能な限り最も高温まで予熱される。一方では、本明細書における目的は、ＩＲセンサおよびＩＲセンサのレンズまたは窓の温度を可能な限り最も高い数値まで設定して、このような堆積物を可能な限り大幅に最小限化することである。しかし、他方では、目標はまた、ＩＲセンサの温度をできるだけ低く保ち、最適な機能および長寿命を保証することでもある。概して、この結果は、堆積物に起因して絶え間なく劣化するＩＲセンサの機能が長期にわたる構成プロセス（例えば、２０〜７０時間）の間、耐えられなければならなくなるか、あるいは、構成プロセスの間はセンサの上にほとんど沈殿しないが、あまりにも長い間にわたり極めて高温である結果として、ＩＲセンサが早期に信頼性がなくなる危険性が増大するようになるかである。極めて長い構成プロセスの途中でＩＲセンサが故障する場合に、このことは特に深刻となる。

ＩＲセンサは、多くの場合、電気的に、または、誘導的に予熱される。このことによって、ＩＲセンサを包囲する磁界が発生する。結果として、センサ信号を処理するために使用される電子機器が妨害される。

このことを、一つの例に基づいて再度説明することとする。

積層して構成された物体にＰＡ１２（特殊なタイプのポリアミド）を処理する場合、ＳＬＳ処理チャンバでは約１８０℃の温度が使用される。処理チャンバに突き出る商業的に入手可能なＩＲセンサは、最大許容ヘッド温度が８５℃である。主としてＩＲセンサのレンズまたは窓への堆積を防ぐために、ＩＲセンサは、約８０℃（ヘッド温度）まで予熱されなければならない。商業的に入手可能なＳＬＳシステムを使用して、約３００ｍｍ〜４００ｍｍの垂直寸法で積層して形成された物体を製造するためには、約２０〜７０時間の構成時間が必要である。このタイプの構成プロセスは、常に危険である。というのは、ＩＲセンサが多くの場合このように長い形成時間にわたって過熱し、ついで形成プロセスの間に欠損があるようになるので、大部分の構成プロセスが「見えない状態で」行われ、したがって、プロセス温度が正確に制御／調整されず、これによって、さらに上述されている品質の欠陥（形成された物体における材料の応力および変形）につながるからである。結果として、粉末およびシステム時間に数千ユーロが極めて急速に浪費される。

明らかに、他の光学要素、特にレーザと共に、モニタおよび制御／調整するために必要なＩＲセンサは、公知のＳＬＳシステムまたは３Ｄ生成プロセスを実行するための他のシステムが、これらの機能および寿命の点でさまざまな影響によって損なわれる可能性がある。

熱エネルギは、いわゆるレーザ窓を介して入射され、この窓はエネルギ源と作業領域との間の境界域を表している。センサに発生するのと同様の問題もまた、ここで生じる。

選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）に発生するのと同様の問題もまた、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）の間に生じる。

本発明の目的は、そこで使用されるＩＲセンサ、および必要に応じて、冒頭に記載されている生成プロセス（ＳＬＳプロセス、ＳＬＭプロセス）のためのレーザまたは電子ビーム（ＥＢＭ）を備えた、３Ｄ生成プロセスを実行するためのシステム（例えば、ＳＬＳシステム、ＳＬＭシステム）を、先行技術に記載されている問題点が主に排除されることができるように改良することである。

この目的は、デバイスに関する請求項１によって、および方法に関する請求項１９によって達成される。

３次元物体を生成プロセスで積層して製造するための本発明によるデバイスは、処理チャンバであって、３次元物体が中で徐々に形成される処理チャンバと、材料を特に選択的に処理チャンバのターゲット面上に積層して加え、かつ、形成されることになる３次元物体の材料層を融着するための手段と、処理チャンバに電磁放射線を射出し、および／または処理チャンバからの電磁放射線を受けるための少なくとも１つの電磁要素と、を包含する。

本発明によると、デバイスは、電磁要素と処理チャンバの容積との間に、温度調節された流体からなる薄膜を生成するための手段を含む。

流体膜は、処理チャンバの容積と電磁要素との間に障壁を形成し、この障壁は、生成プロセスの間に、固体粒子、オリゴマーまたはモノマーの形で処理チャンバの容積内で放出された材料が、電磁要素まで届いてその上に堆積しないようにし、かつその機能を損なわれないようにする。

電磁要素は、好ましくは、処理チャンバにエネルギを供給するために電磁放射線を射出するか、または、処理チャンバから電磁放射線を受ける光学要素である。

電磁要素は特に、光センサ、特に赤外線センサを伴う。このような光センサは、多くの生成プロセスで使用され、処理チャンバおよび構成領域の「構成位置表面」の温度を捕捉する。

電磁要素はまた、レーザであってもよい。例えば、レーザがＳＬＳプロセスおよびＳＬＭプロセスで使用され、それぞれ加えられた粉体層を選択的に溶解断し、下にある製品レベルで粉体層を融着する。

流体膜を生成するための手段は、好ましくは、電磁要素に配置される。電磁要素に直接に設置された手段は、好ましく温度調節された流体膜を電磁要素に生成し、少なくとも電磁要素の堆積物を妨げる。

流体膜を生成するための手段はまた、電磁要素から間隔を置いて配置されてもよい。これによって、生成プロセスの間、材料が電磁要素を包囲している領域から離れて放出されるのを保つ。

具体的な実施形態において、第１の、好ましく温度調節された流体膜を生成するための第１の手段が、電磁要素に配置され、第２の、必ずしも温度調節される必要のない流体膜を生成するための第２の手段が、電磁要素から間隔を置いて配置される。このことによって、放出された材料を電磁要素から離して保持する２重の障壁が得られる。

最良であるのは、電磁要素が、ケーシングと、ケーシング内に処理チャンバに向けられる窓および／またはレンズとを有し、電磁要素のケーシングが好ましくは溝を呈し、この溝を通って温度調節された流体が流れることができることである。このことによって、特に効果的な方法で窓および／またはレンズの表面温度を調節し、それによって、モノマーおよびオリゴマーである蒸気が温度調節によって堆積して表面を洗い流さないようにし、また、少なくともリンス効果によって固体粒子による沈殿を止めることが可能となる。

溝は、好ましくは、電磁要素の窓またはレンズの領域に出口を有する。その結果、流体が窓またはレンズに対して比較的高速で移動する。

特に有利であるのは、出口の領域にある溝が窓またはレンズに対して傾斜して位置合わせされるので、温度調節された流体が、窓の表面またはレンズ面に対して平行である流れ要素で処理チャンバに流出することができることである。このことによって、集中的な温度調節と窓および／またはレンズの表面の上昇との両方が生じることになり、効果的に堆積物を防ぐ。

溝は、電磁要素を直接に包囲する内側ケーシングの領域と、溝を包囲する外側ケーシングの領域との間に延びる、電磁要素全体を包囲する溝であってもよい。この方策はまた、電磁要素の温度調節を強めるのを助ける。特に、溝は、円形であるか、または流れの方向に対して垂直である内側および外側の多角形によって縁取りされる断面を呈していてもよい。

本発明によるデバイスは、流体ラインがそこから電磁要素につながる流体源を呈していてもよい。さらに、本発明によるデバイスは、流体がそれを通って処理チャンバから除去される流体シンクを呈していてもよい。特に、例えばアルゴンなど比較的高価な不活性ガスを使用する場合、有利であるのは、流体シンクが流体源と流体的に連通されていて、それによって流体循環がもたらされ、ついで、流体が流体シンクと流体源との間で調製されることである。

具体的な実施形態において、電磁要素が流動する流体によって厳密に温度調節されてもよい。このことによって、例えば他の電気的加熱要素または冷却要素が必要でなくなる。

電磁要素が、好ましくは、電磁要素の窓および／または電磁要素のレンズの縁部に加えられる断熱層を有するか、または、その窓および／またはそのレンズの縁部が断熱材料からなる。このことによって、確実に、窓またはレンズの縁部の絶縁層の表面が、放出された材料を組み込む加工領域の容積と本質的に同じ温度を有し、それによって、主として堆積物が窓またはレンズ縁部に形成されなくなり、窓またはレンズが「閉じるようになる」。

本発明による３次元物体を積層して製造するための生成方法では、材料層が処理チャンバ層で特に選択的に積層してターゲット面に加えられ、エネルギが材料層に供給されて、材料を層内部で融着させ、３次元物体の下にある材料層が形成される。材料を加え、エネルギを供給するこれらのステップが繰り返し行われて、物体を積層して形成する。少なくとも１つの電磁要素が、本明細書において、処理チャンバへ電磁放射線を入射するのに使用され、および／または、ターゲット面および処理チャンバ内の他のあらゆるポテンシャル面の温度が、これらの表面によって放射される放射線を捕捉することによって測定される。

本発明によると、温度調節された流体からなる薄膜が、電磁要素と処理チャンバの容積との間に生成される。

温度調節された流体の薄膜は、好ましくは電磁要素に生成される。この薄膜は、電磁要素の表面を洗い流して温度調節するために使用される一方で、必ずしも温度調節される必要のない流体でできている薄膜は、電磁要素から間隔を置いて生成される。この薄膜は主に、リンスおよびバリアの機能を有する。

具体的な実施形態では、第１の流体膜が電磁要素に生成され、また、第２の流体膜が電磁要素から間隔を置いて生成されて、電磁要素から放出された材料に対して２重の障壁を形成する。

特に、窒素および／またはアルゴンを呈する保護ガスが、温度調節された流体として、不必要な酸化を防ぐために使用されることができる。

温度調節された流体が電磁要素の周囲を流動し、液体を呈し、特に、電磁要素の周囲を流動した後、温度調節された流体の液体が蒸発し、蒸気として処理チャンバに入る。その結果、電磁要素は冷却されることができる。電磁要素の周囲を流れる温度調節された流体は、好ましくは、液滴を運ぶ保護ガスであり、保護ガスは、流体が電磁要素の周囲を流動するときに少なくとも部分的に蒸発する。

処理チャンバの容積が最良で０．２ｍ^３から３ｍ^３を測定し、電磁要素の周囲を流動する温度調節された流体の流量またはスループットが、２０ｃｍ^３／分から４００ｃｍ^３／分まで、好ましくは５０ｃｍ^３／分から２００ｃｍ^３／分との間に及び、圧力が０．３×１０^５Ｐａと３×１０^５Ｐａの間、好ましくは０．６×１０^５Ｐａから１．２×１０^５Ｐａまでにある。

次に、本発明のさらなる利点、特徴、および可能性のある応用分野を、本発明に基づくものであって、制限するものではないと考えられる例示的実施形態の以下の説明から見出すことができよう。

図１は、選択的レーザ焼結（ＳＬＳプロセス）で３次元物体を製造するためのデバイスを示している。このいわゆるＳＬＳシステムまたはＳＬＳ焼結機械は、処理チャンバ１を含み、この中で、３次元物体が積層して形成される（「構成プロセス」）。

システムは、処理チャンバ１内でターゲット面２に粉体層を加えるための手段（図示せず）をさらに含む。この粉末は、ターゲット面の両側に設置されている粉末容器３、４から起こる。粉末をターゲット面２に加えるための手段は、薄い粉体層がターゲット面２に堆積するように粉末容器３、４からターゲット面２まで粉末を移動させることのできるローラであってもよい。

システムはまた、粉体層の選択された位置にエネルギを供給するための手段を含み、この手段は、層に形成されることになる物体の断面に対応するので、粉末が選択された位置で溶融することができる。

以下の方策は、ターゲット面の表面温度に影響を与えるために利用される。

１）例えば赤外線エミッタ５を使用して、放射線がターゲット面２の大きな領域に与えられる（図２を参照）。

２）ターゲット面２上の点にエネルギを供給して粉末を点で溶解断するために、集光レーザビームが使用される。

３）窒素またはアルゴンなど温度の制御された（調節された）ガスが、ターゲット面２の上を通るので、ターゲット面２から放射される熱に加えて、ガスの熱伝導および除去によって、廃熱の別の部分が排除されることができる。

例えばＩＲセンサ６の形である放射線センサが、それぞれの表面温度を測定するために、ターゲット面および処理チャンバ内の他のいかなるポテンシャル面（３、４）から射出される放射線を捕捉するのに使用される。

これらの表面温度に関する情報は、ターゲット面２の表面温度に影響を与えるための加熱（方策１）または冷却（方策３）を開始する基準として使用される。

粉末容器３、４の床面は、構成プロセスの間に移動して上にわずかに増加するので、例えば粉末がローラまたは類似した手段によってターゲット面２に移動することのできる粉末が、処理チャンバ１の床面に常に提供される。積層して形成され、その上部の平らな表面がターゲット面２を形成する物体は、構成プロセスの間に移動して下にわずかに増加するので、形成された物体が徐々に下降して構成容器７（図２を参照）に入り、ターゲット面２が処理チャンバ１の床面と同一平面になる。

モノマー、オリゴマーまたは固体粒子が沈殿した結果として、放射線センサまたは赤外線センサ６の機能が構成プロセスの間に損われないようにするために、温度調節された流体が放射線センサまたは赤外線センサ６の周囲に流されてもよい。このことによって、センサまたはセンサの窓および／またはセンサのレンズの表面に対して特に効果的な温度調節を達成することが可能になるので、温度調節をして表面を洗い流すことによってモノマーおよびオリゴマーが堆積しないようになると同時に、他方では少なくとも流体のリンス効果が固体粒子による沈殿を防ぐ。

したがって、図１および図２で示されているデバイスは、３次元物体を製造するための以下のプロセスを実行するのに使用されることができる：
・ターゲット面２上に粉体層を加えること；
・粉末を選択領域で溶融するために、層内で形成されることになる物体の断面に対応している層の選択領域にエネルギを供給すること；
・粉末を加えエネルギを供給するステップを繰り返して、物体を積層して形成し、ターゲット面２および処理チャンバ内の他のポテンシャル面の温度が、放射線センサ６を使用して表面によって射出される放射線を捕捉することによって測定されること。

本発明によると、温度調節された流体が、放射線センサ６の周囲を流れる。

図３は、保護ガスライン８の概略図であり、この図では、窒素または別の不活性ガス、あるいは二酸化炭素またはアルゴンなどの保護ガスが、保護ガス源９から流量計１０を通り、加熱デバイス１１を通って、保護ガスブローキャップ１２に送られ、この保護ガスブローキャップ１２が図２で示されている（さらに図５Ａおよび図５Ｂも参照）放射線センサまたはＩＲセンサ６と結合されるので、温度調節された保護ガスが放射線センサまたはＩＲセンサ６の周囲を流れる。このようにセンサ６を予熱された保護ガスで通気することによって、堆積物がセンサ６の窓６ａまたはレンズに形成されなくなる。

ブローキャップ１２から出てセンサ６の窓６ａまたはレンズを通過して処理チャンバ１に入る保護ガスは、一方では堆積物がセンサ６上に形成しないように十分に活発に流れなければならず、他方では、粉末が加工領域１で渦巻かないように、または、構造要素の温度分布にさらに影響を与えないように、あまり活発に流れることができない。

処理チャンバ１の典型的な容積は、０．２ｍ^３から３ｍ^３を測定する。この場合、センサ６の周囲を流れる温度調節された保護ガスの流量またはスループットは、０．３×１０^５Ｐａから３×１０^５Ｐａ、好ましくは０．６×１０^５Ｐａから１．２×１０^５Ｐａの圧力で、２０ｃｍ^３／分から４００ｃｍ^３／分まで、好ましくは５０ｃｍ^３／分から２００ｃｍ^３／分に及ぶ。

温度調節された保護ガスをセンサ６の周囲に流すことによってセンサ６を温度調節する間、２つの臨界温度の間を移動しなければならない。上限温度Ｔｏは、最大許容センサ運転温度である。下限温度Ｔｕは、処理チャンバ１からの蒸気（モノマーおよびオリゴマー）および粉塵（固体粒子）の目立つ堆積物がセンサ６に形成し始めるセンサ表面開始温度である。

最高で８０℃の典型的なセンサ６について、１０℃から２０℃、好ましくは１４℃から１６℃であり、センサ６の最大許容ヘッド温度より低い、センサの周囲を流れる温度調節された保護ガスによって、ヘッド温度がピーク温度に設定される。これらの数値は、センサのタイプによって変動し得る。

センサの窓６ａおよび／またはセンサのレンズの縁部に、センサ６が断熱材料からなるキャップまたはカバー１４を有し（図５Ａを参照）、したがって、断熱層を形成する。センサ窓６ａの縁部および／またはセンサレンズ縁部自体はまた、断熱材料からなっていてもよい。このことによって、確実に、センサ窓６ａまたはセンサレンズの縁部にある絶縁層１４の表面が、放出された材料を収容する加工領域の容積と本質的に同じ温度を有する。その結果、窓６ａまたはレンズが閉まるまでセンサの窓またはレンズの前にあるセンサ６ａの視野に成長して入る可能性のある堆積物が、センサ窓６ａまたはセンサレンズのすぐ近傍にさえ形成することができない。

図４Ａは、加熱要素１１と、保護ガスライン８の部分を形成する保護ガス流路８ａとからなる、分解された装置（加熱装置）の上面図を示している。保護ガス流路８ａの外表面は、加熱要素１１の内表面と相補的となるように設計されており、それによって、加熱要素１１と保護ガス流路８ａとの間の良好な熱伝達を保証する。加熱要素１１は、例えば抵抗性加熱要素やペルチェ素子など電気的な加熱要素であることが好ましい。加熱要素１１および保護ガス流路８ａの接触体は、銅、アルミニウム、またはこれらの金属を含有する合金などの高熱伝導性金属からなるのが好ましい。

図４Ｂは、図４Ａの装置による断面Ｘｌ−Ｘ２に沿った側面図を示している。

図５Ａは、センサ６（図６を参照）と、センサ６を包囲する保護ガス膜を生成するための保護ガスブローキャップ１２と、センサ本体６ｂを包囲する冷却要素１３と、センサ６を保護してセンサ窓６ａを包囲する絶縁要素１４と、絶縁キャップ１４および冷却要素１３の上に押圧されることのできるスリーブ１５とのための、部分的に分解された装置（冷却／リンス装置）の上面図を示している。冷却要素１３およびセンサヘッド６ｂの接触体は、銅、アルミニウム、またはこれらの金属を含有する合金など高熱伝導性金属からなるのが好ましい。組立てられた冷却／リンス装置では、冷却要素１３と断熱キャップ１４との間の相互作用によって、保護ガスがセンサ窓６ａまたは通過したセンサレンズに対してほぼ平行にまた接線方向に移動する。このことによって、効率的な温度調節とセンサ表面のリンスとの両方が保証される。

図５Ｂは、図３Ａの装置の断面Ｘ２−Ｘ２に沿った側面図を示している。

図６は、気泡の挿入部（ａｉｒ ｂｕｂｂｌｅ ｉｎｓｅｒｔ）に組み込まれる、センサレンズ６ａおよび本体６ｂを備えたＩＲセンサ６の上面図を示している。センサケーブル６ｃは、遮蔽ケーブルであり、センサの電子機器（例えば、センサに一体化されている）をエバリュエータの電子機器と連結する。

保護ガスの予熱または温度調節は、加熱要素１１を含む加熱装置と冷却要素を含む冷却／リンス装置とを別々に固定し、かつ、冷却／リンス装置に絶縁キャップ１４を設けることによって、センサ６を冷却することから切り離されている。

当然ながら、本明細書に一例として記載されている、それぞれの検知セクション（センサ本体６ｂおよびセンサ窓６ａ）の別々の冷却、温度調節、およびリンスは、センサに限定されず、レーザまたは監視カメラにおいて同様に使用されることもでき、ここでは別々の冷却、温度調節、およびリンスが、それぞれのレーザセクション（レーザ本体およびレーザ窓）またはカメラセクションに使用される。

物体が積層して生成されることのできる、選択的レーザ焼結のための装置（ＳＬＳ装置）の概略的な斜視図を示す図である。 図１の装置の断面図を示す図である。 保護ガスラインの概略図である。 加熱要素および保護ガスの流路からなる分解された装置の上面図である。 図４Ａの装置の断面Ｂ―Ｂに沿った断面図である。 電磁要素、冷却要素、および保護ガス膜を生成するための手段からなる、部分的に分解された装置の上面図である。 図３Ａの装置の断面Ａ―Ａに沿った断面図である。 電磁ＩＲセンサの上面図である。

Claims (28)

1. 生成プロセスで３次元物体を積層して製造するためのデバイスであって、
   ・前記３次元物体が中で徐々に形成される処理チャンバと
   ・材料を前記処理チャンバのターゲット面上に積層して加え、かつ、形成されることになる前記３次元物体の材料層を融着するための手段と
   ・前記処理チャンバに電磁放射線を射出し、および／または前記処理チャンバから電磁放射線を受けるための少なくとも１つの電磁要素と
   ・前記電磁要素と前記処理チャンバの容積との間に、温度調節された流体から薄膜を生成するための手段と
   を備えるデバイスにおいて、
   温度調節された流体から薄膜を生成するための前記手段は、
   流体源と、
   前記流体源から前記処理チャンバまで前記流体を導く流体ラインと、
   前記流体ラインを通って流れる前記流体を加熱する加熱装置と、
   前記温度調節された流体が前記電磁要素の周りを流れるように前記電磁要素に結合されるブローキャップと、
   を含むことを特徴とする、デバイス。
2. 少なくとも１つの電磁要素が、光センサであることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 少なくとも１つの電磁要素がレーザであることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 流体膜を生成するための手段が、前記電磁要素に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 流体膜を生成するための手段が、前記電磁要素から間隔を置いて配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 第１の流体膜を生成するための第１の手段が前記電磁要素に配置され、第２の流体膜を生成するための第２の手段が前記電磁要素から間隔を置いて配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記電磁要素が、ケーシングと、前記ケーシング内に前記処理チャンバに向けられる窓および／またはレンズとを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記電磁要素の前記ケーシングが、それを通って前記温度調節された流体が流れることのできる溝を含むことを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記溝が、前記電磁要素の前記窓またはレンズの領域に出口を呈することを特徴とする、請求項７または８に記載のデバイス。
10. 前記出口の領域にある前記溝が、前記窓またはレンズに対して傾斜して位置合わせされていることにより、前記温度調節された流体が、前記窓の表面またはレンズ面に対して平行である流れ要素で前記処理チャンバに流出することができることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記溝が、前記電磁要素全体を包囲し、かつ、前記電磁要素を直接に包囲する内側ケーシングの領域と、前記溝を包囲する外側ケーシングの領域との間に延びる溝であることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記溝が、円形であるか、または流れの方向に対して垂直である内側および外側の多角形によって縁取りされる断面を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記デバイスが、流体ラインがそこから前記電磁要素につながる流体源を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記デバイスが、前記流体がそこを通って前記処理チャンバから除去される流体シンクを呈することを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記流体シンクが前記流体源と流体的に連通されていて、それによって流体循環がもたらされることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記流体が、前記流体シンクと前記流体源との間で調製されることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記電磁要素が、流動する流体によって、特に前記流体によってのみ、温度調節されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記電磁要素が、前記電磁要素の窓および／または前記電磁要素のレンズの縁部に加えられる断熱層を呈するか、あるいは、前記電磁要素の窓および／または前記電磁要素のレンズの縁部が断熱材料からなることを特徴とする、請求項７〜１７のいずれか一項に記載のデバイス。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のデバイスを使用して、３次元物体を積層して製造するための生成方法であって、
    ・処理チャンバ内で材料をターゲット面に積層して加えるステップと
    ・前記材料を層内部で融着させて、前記３次元物体の下にある材料層が形成されるように、エネルギを前記材料からなる層に供給するステップと
    ・材料を加えるステップとエネルギを供給するステップとを繰り返して、前記物体を積層して形成するステップと
    ・温度調節された流体からなる薄膜が、前記電磁要素と前記処理チャンバの容積との間に生成されるステップと
    を備え、
    ・少なくとも１つの電磁要素が前記処理チャンバに電磁放射線を入射するために使用され、および／または、前記ターゲット面および前記処理チャンバ内の他のポテンシャル表面の温度が前記表面によって射出される前記放射線を捕捉することによって測定される、生成方法において、
    温度調節された流体からなる薄膜を生成する前記ステップは、
    前記流体ラインを通って前記流体源から前記処理チャンバまで前記流体を導く工程と、
    前記加熱装置により前記流体ラインを通って流れる前記流体を加熱する工程と、
    前記電磁要素に結合されたブローキャップを通って前記電磁要素の周りに前記温度調節された流体を流させる工程と
    により実行されることを特徴とする、生成方法。
20. 温度調節された流体からなる薄膜が、前記電磁要素に生成されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 温度調節された流体からなる薄膜が、前記電磁要素から間隔を置いて生成されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
22. 第１の流体膜が前記電磁要素に生成され、かつ、第２の流体膜が前記電磁要素から間隔を置いて生成されることを特徴とする、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記温度調節された流体が保護ガスであり、特に窒素および／またはアルゴンを呈することを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記温度調節された流体が前記電磁要素の周囲を流れることを特徴とする、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記温度調節された流体の前記液体が、前記電磁要素の周囲を流動した後で蒸発し、蒸気として前記処理チャンバに入ることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
26. 前記電磁要素の周囲を流れる前記流体が、液滴を運ぶ保護ガスであり、保護ガスは、前記流体が前記電磁要素の周囲を流動するときに少なくとも部分的に蒸発することを特徴とする、請求項２４または２５に記載の方法。
27. ０．３×１０^５Ｐａ〜３×１０^５Ｐａの間の圧力で、前記処理チャンバの容積の計測値が０．２ｍ^３〜３ｍ^３であり、前記電磁要素の周囲を流動する温度調節された流体の流量またはスループットが、２０ｃｍ^３／分〜４００ｃｍ^３／分の間に及ぶことを特徴とする、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 少なくとも１つの電磁要素が、赤外線センサであることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。

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