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JP6761008B2 - 境界と領域の分離のための走査ストラテジ - Google Patents

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Description

本開示は、付加製造において使用するための、領域特有のプロセスパラメータのための改良された方法および装置に関する。
付加製造（ＡＭ）技術は、電子ビーム自由造形、レーザ金属堆積（ＬＭＤ）、レーザワイヤメタル堆積（ＬＭＤ−ｗ）、ガス金属アーク溶接、レーザ直接積層法（ＬＥＮＳ）、レーザ焼結（ＳＬＳ）、ダイレクトメタルレーザ焼結（ＤＭＬＳ）、電子ビーム溶解（ＥＢＭ）、粉末供給型の指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ）、および三次元印刷（３ＤＰ）を例として含むことができる。ＡＭプロセスは、サブトラクティブ製造方法とは対照的に、一般にネットまたはニアネットシェイプ（ＮＮＳ）物体を作製するために１つまたは複数の材料の堆積を伴う。「付加製造」は業界標準用語（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２）であるが、ＡＭは、自由造形、３Ｄ印刷、急速プロトタイピング／ツーリングなどを含む、様々な名前により知られる様々な製造およびプロトタイピング技術を包含する。ＡＭ技術は、多種多様な材料から複雑な構成要素を製造することができる。一般に、自立物体は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから製造され得る。例として、特定のタイプのＡＭプロセスは、粉末材料および／またはワイヤストックを焼結または溶解させるために、エネルギービーム、例えば電子ビームまたはレーザビームなどの電磁放射線を使用し、材料が互いに結合された立体的な三次元物体を作成する。
選択的レーザ焼結、直接レーザ焼結、選択的レーザ溶解、および直接レーザ溶解は、レーザビームを使用して微細粉末を焼結または溶解することによって三次元（３Ｄ）物体を製造することを示すために使用される、共通の業界用語である。例えば、米国特許第４，８６３，５３８号明細書および米国特許第５，４６０，７５８号明細書には、従来のレーザ焼結技術が記載されている。より具体的には、焼結は、粉末材料の融点を下回る温度で粉末の粒子を溶融させること（凝集すること）を伴い、一方、溶解は、固体の均質な塊を形成するために粉末の粒子を十分に溶解することを伴う。レーザ焼結またはレーザ溶解に関連する物理的プロセスは、粉末材料への熱伝達、およびその後の粉末材料の焼結または溶解を含む。電子ビーム溶解（ＥＢＭ）は、集束電子ビームを用いて粉末を溶解させる。これらのプロセスは、粉末の層を連続的に溶解して金属粉末中に物体を構築することを含む。
その例が上記および本開示の全体にわたって論じられているＡＭ技術は、レーザまたはエネルギー源を使用して粉末に熱を発生させて材料を少なくとも部分的に溶解させることを特徴とし得る。したがって、微粉中に短時間で高濃度の熱が発生する。構成要素の堆積中の粉末内の高い温度勾配は、完成構成要素の微細構造に大きな影響を及ぼし得る。急速な加熱および凝固は、高い熱応力を引き起こし、凝固した材料全体に局所的な非平衡相を引き起こすことがある。さらに、完成したＡＭ構成要素中の粒子の向きは、材料中の熱伝導の方向によって制御され得るので、ＡＭ装置および技術におけるレーザの走査ストラテジは、ＡＭにより構築された構成要素の微細構造を制御する重要な方法になる。ＡＭ装置における走査ストラテジの制御は、材料の欠陥のない構成要素を開発するためにさらに重要であり、欠陥の例には、溶融した気孔の欠如および／または沸騰した気孔（porosity）が含まれ得る。
図１は、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）または直接金属レーザ溶解（ＤＭＬＭ）の例示的な従来のシステム１１０の断面図を示す概略図である。装置１１０は、粉末材料（図示せず）を焼結または溶解することによって、レーザ１２０などの光源によって生成されたエネルギービーム１３６を使用して、層状（例えば、説明のために誇張された層Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３）で、例えば部分１２２のような物体を構築する。エネルギービームによって溶解される粉末は、リザーバ１２６によって供給され、方向１３４に移動するリコータアーム１１６を使用してビルドプレート１１４上に均一に分散し、レベル１１８に粉末を維持して、粉末レベル１１８の上方に延びる余分な粉末材料を廃棄物容器１２８に除去する。エネルギービーム１３６は、ガルボスキャナ１３２の制御下で構築されている物体の断面層（例えば、層Ｌ１）を焼結または溶解する。ビルドプレート１１４は下げられ、別の粉末層（例えば、層Ｌ２）がビルドプレートおよび構築中の物体上に分散され、次いでレーザ１２０によって引き続き粉末の溶解／焼結が行われる。このプロセスは、部分１２２が溶解／焼結された粉末材料から完全に構築されるまで繰り返される。レーザ１２０を、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって制御することができる。コンピュータシステムは、層ごとに走査パターンを決定し、走査パターンに従って粉末材料に照射するようにレーザ１２０を制御することができる。部分１２２の製造が完了した後、様々な後処理手順を部分１２２に適用することができる。後処理手順には、例えば、吹き付けまたは真空引き、機械加工、サンディングまたはメディアブラストによる過剰な粉末の除去が含まれる。さらに、従来の後処理は、例えば、機械加工によって、ビルドプラットフォーム／基板から部分１２２を除去することを含むことができる。他の後処理手順には、ストレス解放プロセスが含まれる。さらに、部分１２２を仕上げるために熱的および化学的後処理手順を使用することができる。
上述のＡＭプロセスは、制御プログラムを実行するコンピュータによって制御される。例えば、装置１１０は、ファームウェア、オペレーティングシステム、または装置１１０とオペレータとの間のインタフェースを提供する他のソフトウェアを実行するプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）を含む。コンピュータは、形成される物体の三次元モデルを入力として受け取る。例えば、三次元モデルは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して生成される。コンピュータはモデルを解析し、モデル内の各物体のツールパスを提案する。オペレータは、出力、速度、および間隔などの走査パターンの様々なパラメータを定義または調整することができるが、一般にはツールパスを直接プログラムしない。当業者であれば、上述の制御プログラムが上述のＡＭプロセスのいずれにも適用可能であることを十分に理解されよう。さらに、上述のコンピュータ制御は、任意の後処理またはハイブリッド処理で使用される任意のサブトラクティブ製造または任意の前処理技術もしくは後処理技術に適用可能であり得る。
上記の付加製造技術は、他の金属材料または合金の中でもステンレス鋼、アルミニウム、チタン、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｉｎｃｏｎｅｌ１８８、コバルトクロムから構成要素を形成するために使用され得る。例えば、上記の合金は、商品名がＨａｙｎｅｓ１８８（登録商標）、Ｈａｙｎｅｓ６２５（登録商標）、Ｓｕｐｅｒ Ａｌｌｏｙ Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５（商標）、Ｃｈｒｏｎｉｎ（登録商標）６２５、Ａｌｔｅｍｐ（登録商標）６２５、Ｎｉｃｋｅｌｖａｃ（登録商標）６２５、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ（登録商標）６０２０、Ｉｎｃｏｎｅｌ１８８、および上記の技術を用いて構成要素の形成に魅力的な材料特性を有する他の材料を含んでもよい。
上記の例では、レーザおよび／またはエネルギー源は、一般に、パターンに基づいて粉末層内に一連の凝固ライン（以下、相互変換可能にハッチライン、凝固ライン、およびラスタラインと呼ばれる）を形成するように制御される。構築時間を短縮して、凝固した材料の材料特性を改善または制御し、完成した材料の応力を低減するために、および／またはレーザ、ガルバノメータスキャナおよび／または電子ビームの摩耗を低減するために、パターンが選択され得る。過去には、例えば、チェス盤パターンおよび／またはストライプパターンを含む様々な走査ストラテジが企図されている。
ＡＭにより構築された構成要素の材料内の応力を制御する１つの試みは、ＡＭビルドプロセス中の層ごとにストライプ領域の境界を形成する凝固ラインに対して垂直に延びる複数の隣接する平行ベクトルを凝固ラインとして含むストライプ領域の回転を含む。ストライプによって境界付けられかつストライプに垂直な平行の凝固ラインは、ＡＭによるビルド層ごとに回転される。ＡＭ装置における走査ストラテジの制御の一例は、Ｄｉｍｔｅｒらの「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａ Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｏｂｊｅｃｔ」と題する米国特許第８，０３４，２７９号明細書に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図２および図３は、上述の回転ストライプストラテジを示している。レーザで粉末の表面を走査して、一連の凝固ライン２１３Ａ，２１３Ｂを形成する。一連の凝固ラインは構築の層を形成し、各ストライプ領域の境界を形成する凝固ライン２１３Ａおよび２１３Ｂに垂直なストライプ２１１Ａ，２１２Ａおよび２１１Ｂ，２１２Ｂの形態の凝固ラインによって境界付けられる。凝固ライン２１３Ａおよび２１３Ｂによって境界付けられたストライプ領域は、構築される層のより大きな表面の一部を形成する。部品を形成する際に、部品断面のバルクは、多数のストライプ領域（横方向の凝固ラインを含む２つの凝固したストライプ間の領域）に分割される。ストライプの向きは、図２および図３に示すように、ＡＭビルドプロセスの間に形成される層ごとに回転される。第１の層は、ストライプ領域内に、凝固したストライプ２１１Ａに対して実質的に垂直に形成されかつ凝固したストライプ２１１Ａによって境界付けられる一連の平行な凝固ライン２１３Ａを形成することができる。第１の層の上に形成された次の層において、ストライプ２１１Ｂは図３に示すように回転される。前の層に対して回転された凝固したストライプ２１１Ｂおよび２１２Ｂのセットを介して凝固ライン２１３Ａおよび２１３Ｂのストライプ境界を作成することによって、ストライプ２１１Ｂに垂直に形成されかつストライプ２１１Ｂによって境界付けられる凝固ライン２１３Ｂもまた前の層の凝固ライン２１３Ａに対して回転される。
上述の回転ストライプストラテジを使用して、各層に分散をさらに作り出す必要がある。開示された様々な実施形態を用いることにより、エネルギー源の不必要なジャンプを防止し、レーザの不必要なオン／オフ移行を防止し、および／または層内の発熱の制御および／または効率を改善することによって、構築効率をさらに高めることができる。さらに、部分の微細構造を、ストライプ領域およびストライプ領域内の凝固ラインのパターンを制御することによって変更することができる。
ただし、上述のストラテジを採用したＡＭ装置では、さらに、ストライプ領域間で、および／または上記ストライプおよび凝固ライン方式を用いておよび／または一連の凝固ラインが使用される場合に形成された２つの領域間の境界で、エネルギー密度を制御する必要がある。
米国特許出願第２０１７／００８５７３３号明細書
一態様では、付加製造のための方法が開示される。この方法は、第１の照射経路に沿って第１のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって第１の走査領域内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップを含む。第１の走査領域に対して間隔を置いて配置された第２の走査領域内に第２の少なくとも部分的に凝固した部分が形成され、第１の走査領域内の凝固部分は、第２の照射経路に沿って第２のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成される。第１の走査領域と第２の走査領域との間のスペースは、第１のエネルギー密度値および第２のエネルギー密度値よりも小さい第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固される。第１の走査領域内の凝固部分は、ビルドユニットが構成要素に対して第１の位置にあるときに形成され得、第２の走査領域内の凝固部分は、ビルドユニットが第１の位置とは異なる第２の位置にあるときに形成され得る。
一態様では、第１および第２の走査領域は、可動のビルドプラットフォーム上に配置されてもよい。第１の走査領域内の凝固部分は、可動のビルドプラットフォームがビルドユニットに対して第１の位置にあるときに形成され得、第２の走査領域内の凝固部分は、可動のビルドプラットフォームがビルドユニットに対して第２の位置にあるときに形成され得る。
上記態様において、エネルギー密度値は、電子ビーム出力、レーザ出力、走査速度、および走査間隔のうちの少なくとも１つを変化させることによって変更され得る。
別の態様では、コンピュータに付加製造方法を実行させるように構成されたプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体が開示される。付加製造方法は、第１の走査領域内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップを含むことができ、第１の走査領域内の凝固部分は、第１の照射経路に沿って第１のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成される。さらに、第１の走査領域に対して間隔を置いて配置された第２の走査領域内の少なくとも部分的に凝固した部分が形成され得る。第１の走査領域内の凝固部分は、第２の照射経路に沿って第２のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成され得る。第１の走査領域と第２の走査領域との間のスペースは、第１のエネルギー密度値および第２のエネルギー密度値よりも小さい第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固され得る。
一態様では、第１および第２の走査領域は、可動のビルドプラットフォーム上に配置されてもよい。第１の走査領域内の凝固部分は、可動のビルドプラットフォームがビルドユニットに対して第１の位置にあるときに形成され得、第２の走査領域内の凝固部分は、可動のビルドプラットフォームがビルドユニットに対して第２の位置にあるときに形成され得る。
上記態様において、エネルギー密度値は、電子ビーム出力、レーザ出力、走査速度、および走査間隔のうちの少なくとも１つを変化させることによって変更され得る。
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本開示の１つまたは複数の例示的な態様を示し、詳細な説明とともに、それらの原理および実装形態を説明するのに役立つ。
構成要素の少なくとも一部を形成するために使用される従来の付加製造技術の側面図である。 構成要素の少なくとも一部を形成するために使用される従来のハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。 構成要素の少なくとも一部を形成するために使用される従来のハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。 従来のＡＭプロセス中の構築される構成要素の例示的な層を示す斜視図である。 図４に示される構成要素の各層を形成するために使用されるハッチおよびストライプパターンを示す上面図である。 本開示の一態様によるビルドユニットの側面断面図である。 本開示の一態様による付加製造装置のビルドユニットおよび回転ビルドプラットフォームの一部の側面断面図である。 本開示の一態様による、２つの隣接する走査ゾーン間の領域の一例を示す上面図である。 本開示の一態様による、２つの隣接する走査ゾーン間の領域の一例を示す図８Ａの拡大図である。 本開示の一態様によるビルドユニットおよび走査ゾーンの例示的な向きを示す上面図である。 本開示の一態様によるビルドユニットおよび走査ゾーンの例示的な向きを示す上面図である。
本明細書に記載された態様は、上に概説された例示的な態様に関連して記載されているが、既知であろうと現在予想外であろうと、様々な代替、修正、変形、改良、および／または実質的な均等物が、少なくとも当業者には明らかとされよう。したがって、上記の例示的な態様は、例示的なものであり、限定するものではない。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。したがって、本開示は、すべての既知のまたは後に開発された代替、修正、変形、改良、および／または実質的な均等物を包含するように意図されている。
粉末を少なくとも部分的に溶解することによって部品を形成するために上記のＡＭ技術のいずれかを使用する場合、ラスタ走査方式で粉末材料を横切るレーザの走査を用いて、ハッチ走査（以下、相互交換可能にハッチ走査、ラスタ、走査ライン、または凝固ラインと呼ばれる）を作り出す。ＡＭによる構築中に、上述の凝固ラインを使用して、部品断面のバルクを形成する。輪郭走査は、さらに、部品断面のエッジのアウトラインを描くために使用されてもよい。ラスタ走査プロセスの間、エネルギー源またはレーザは、ＡＭにより構築された固体部分が所望される領域において、オンにされ、出力が増大され、および／またはフォーカスされ、その層内の物体の断面の溶解形成が望ましくない場合には、オフにされ、デフォーカスされ、パルス化され、および／または出力が低下される。ラスタ走査プロセスの間に、例えば、構築すべき物体の単一の溶解し溶融した断面を形成するために、少なくとも部分的な粉末の溶解および凝固の形成が隣接する凝固ラインに沿って繰り返され、輪郭走査は、部品の個別の境界またはエッジを作成する。粉末床を使用するＡＭ装置の例では、構築される物体の１つの断面の溶解形成が完了すると、装置は完成した断面表面を追加の粉末層で被覆する。この処理は、物体が完成するまで繰り返される。
上記の理由から、レーザおよび／またはエネルギー源は、少なくとも、構築時間を短縮し、粉末内の発熱を制御し、および／または構築の効率を高め、凝固した材料の材料特性を改善および／または制御し、完成した材料の応力を低減し、レーザおよび／またはガルバノメータスキャナの摩耗を減らすために、パターンを用いて粉末層内に一連の凝固ラインを形成するように制御される。
図４および図５に示されるように、ＡＭにより構築された構成要素は、複数の層２１５，２１６，２１７を含む。上述のストラテジの一例が示され、例えば、第１の層２１７は、凝固ラインとして形成されたストライプ２５７および２７７によって境界付けられたいくつかのストライプ領域にソフトウェアによって分割されてもよい。ストライプ２５７および２７７は、個々に形成された平行な隣接するベクトルまたは凝固ライン２６７の境界を形成することができる。部品の表面は、構築される表面を覆う複数のストライプを含む。図５に示すように、各ストライプ領域は、層２１７内の凝固したストライプ２５７および２７７によって境界付けられ、一連の平行な凝固ライン２６７の境界を形成する。平行な凝固ライン２６７は、凝固したストライプ境界２５７および２７７に対して垂直である。ストライプは層２１７の第１の角度で向けられ、垂直な凝固ライン２６７はストライプ２５７および２７７に対して実質的に垂直に形成される。第２の層２１６上の凝固したストライプ２５６および２５７によって境界付けられたストライプ領域は、前の層２１７上の凝固したストライプ境界２５７および２７７に対して傾斜している。したがって、凝固したストライプ２５６および２７６に対して垂直に延びる凝固ライン２６６もまた、前の層２１７上の凝固ライン２６７に対して傾斜している。構築が進むにつれて、第３の層２１５上のストライプ２６５および２７５を有する次の層が、層２１７上のストライプ２５７および２７７に対して、および層２１６上のストライプ２５６および２７６に対して傾斜している。
本発明に従って使用することができる走査ストラテジに関する追加の詳細は、参照により本明細書に組み込まれる、代理人整理番号０３７２１６．０００７０で２０１７年３月７日に出願された「Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｈａｔｃｈ Ｐａｔｔｅｒｎ ｆｏｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／４５１，１０８号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００７８で２０１７年３月６日に出願された「Ｌｅｇ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｈａｔｃｈ Ｐａｔｔｅｒｎ」と題する米国特許出願第１５／４５１０４３号明細書、および代理人整理番号０３７２１６．０００７７で２０１７年３月１５日に出願された「Ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｈａｔｃｈ ｆｏｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／４５９，９４１号明細書を参照されたい。
図６は、本発明による大規模ＡＭ装置の一実施形態の一例を示している。この装置は、位置決めシステム（図示せず）を備え、ビルドユニット４００は、照射放射方向付け装置４０１、層状のガス流ゾーン４０３、および構築される物体４１５の下のビルドプレート（図示せず）を含む。最大ビルド領域は、従来のシステムの場合のように、粉末床の代わりに位置決めシステム（図示せず）によって画定され、特定の構築のためのビルド領域を、物体とともに動的に構築され得るビルドエンベロープ４１４に制限することができる。一般に、本発明で使用される位置決めシステムは、ガントリシステム、デルタロボット、ケーブルロボット、ロボットアームなどの任意の多次元位置決めシステムであってもよい。照射放射方向付け装置４０１は、第２の位置決めシステム（図示せず）によってビルドユニット４００の内部で独立して移動することができる。ビルドユニットの外部の大気環境、すなわち「構築環境」または「格納ゾーン（containment zone）」は、酸素含有量が典型的な周囲空気に対して減少し、環境が減圧状態になるように制御され得る。いくつかの実施形態では、使用されるリコータは選択的リコータである。選択的リコータ４１１の一実施形態を図６に示す。
また、レーザ源の場合には、照射放射方向付け装置によって方向付けられるレーザ照射を含む光子を発生させる照射源が存在してもよい。照射源がレーザ源である場合、照射放射方向付け装置は、例えば、ガルボスキャナであってもよく、レーザ源は、構築環境の外部に配置されてもよい。このような状況下では、レーザ照射は、任意の適切な手段、例えば光ファイバケーブルによって照射放射方向付け装置に搬送され得る。照射源が電子源である場合、電子源は、照射放射方向付け装置によって方向付けられる電子ビームを含む電子を発生させる。照射源が電子源である場合、照射放射方向付け装置は、例えば、偏向コイルであってもよい。本発明の一実施形態による大規模な付加製造装置が動作しているとき、照射放射方向付け装置がレーザビームを方向付ける場合、一般に、実質的に層状のガス流ゾーンを提供するガス流装置４０４を含むことが好適である。レーザの代わりに、またはレーザと組み合わせて、電子ビームを使用することもできる。電子ビームはよく知られている照射源である。例えば、Ｌａｒｓｓｏｎの「Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔ」と題する米国特許第７，７１３，４５４号明細書は、電子ビームシステムについて論じており、参照により本明細書に組み込まれる。
ガス流装置４０４は、ガス流ゾーン４０３およびリコータ４０５にガス流を提供することができる加圧された出口部分（図示せず）および真空入口部分（図示せず）にガスを供給することができる。ガス流ゾーン４０３の上には、不活性環境４１９を含むことができるエンクロージャ４１８がある。リコータ４０５は、バックプレート４０７およびフロントプレート４０８を含むホッパ４０６を含むことができる。リコータ４０５はまた、少なくとも１つの作動要素４０９と、少なくとも１つのゲートプレート４１０と、リコータブレード４１１と、アクチュエータ４１２と、リコータアーム４１３とを有する。リコータは、マウンティングプレート４２０に取り付けられている。図６はまた、例えば、付加製造またはＭｉｇ／Ｔｉｇ溶接によって構築され得るビルドエンベロープ４１４、形成される物体４１５、および物体４１５を形成するために使用されるホッパ４０６に含まれる粉末４１６を示している。この特定の例では、アクチュエータ４１２は作動要素４０９を作動させて、ゲートプレート４１０をフロントプレート４０８から引き離す。一実施形態では、アクチュエータ４１２は、例えば、空気圧アクチュエータであってもよく、作動要素４０９は、双方向バルブであってもよい。一実施形態では、アクチュエータ４１２は、例えば、ボイスコイルであってもよく、作動要素４０９は、ばねであってもよい。フロントプレート４０８とバックプレート４０７との間には、対応するゲートプレートが作動要素によって粉末ゲートから引き離されたときに粉末を流すことを可能にするホッパギャップ４１７がある。粉末４１６、バックプレート４０７、フロントプレート４０８、およびゲートプレート４１０は、すべて同じ材料であってもよい。あるいは、バックプレート４０７、フロントプレート４０８、およびゲートプレート４１０は、すべて同じ材料であってもよく、その材料は、例えば、コバルトクロムなどの任意の所望の材料に適合する材料であってもよい。本発明の一実施形態のこの特定の例では、ガス流ゾーン４０３内のガス流はｘ方向に流れるが、ビルドユニットに対して任意の所望の方向にも流れることができる。リコータブレード４１１は、ｘ方向の幅を有する。θ２がおおよそ０のときの照射放射ビームの方向は、この図ではｚ方向を規定する。ガス流ゾーン４０３内のガス流は実質的に層状であってもよい。照射放射方向付け装置４０１は、第２の位置決めシステム（図示せず）によって独立して移動可能であってもよい。この図は、ゲートプレート４１０が閉位置にあることを示している。
さらに、上述の選択的な粉末リコート機構５０４は、単一の粉末ディスペンサのみを含むが、粉末リコート機構は、複数の異なる材料粉末を含む複数の区画を含むことも可能であることに留意されたい。同様に、上述の装置は、複数のリコータ機構を含んでもよい。
ゲートプレート４１０が開位置にあるとき、ホッパ内の粉末が堆積して新たな粉末層５２１を作り、これはリコータブレード５１１によって平滑にされて実質的に均一な粉末層を作る。本発明のいくつかの実施形態では、実質的に均一な粉末層は、ビルドユニットが移動すると同時に照射されて、ビルドユニットが連続的に動作することを可能にし、物体をより速く製造することができる。
図７は、ビルドプラットフォームの遠い側に描かれたビルドユニット３０２の詳細を含む製造装置３００の側面図を示している。可動のビルドユニット３０２は、照射ビーム方向付け機構５０６と、ガス流ゾーン５３８の方向にガス流を供給するガス入口およびガス出口（図示せず）を有するガス流機構５３２と、粉末リコート機構５０４とを含む。この例では、流れ方向は実質的にＸ方向に沿っている。ガス流ゾーン５３８の上には、不活性環境５４２を含むエンクロージャ５４０が存在してもよい。リコータプレート５４４上に取り付けされた粉末リコート機構５０４は、バックプレート５４６とフロントプレート５４８とを含む粉末ディスペンサ５１２を有する。粉末リコート機構５０４はまた、少なくとも１つの作動要素５５２と、少なくとも１つのゲートプレート５１６と、リコータブレード５５０と、アクチュエータ５１８と、リコータアーム５０８とを含む。この実施形態では、アクチュエータ５１８は、図７に示すように、作動要素５５２を作動させてゲートプレート５１６をフロントプレート５４８から引き離す。また、フロントプレート５４８とゲートプレート５１６との間に、ゲートプレート５１６が作動要素５５２によってフロントプレート５４８から引き離されたときに粉末を回転ビルドプラットフォーム３１０上に流すことを可能にするギャップ５６４がある。回転ビルドプラットフォーム３１０は、モータ３１６によって回転可能に制御されてもよい。
図７は、開位置にゲートプレート５１６を有するビルドユニット３０２を示している。粉末ディスペンサ５１２内の粉末５１５を堆積させて、新たな粉末５５４の層を作り、これをリコータブレード５１０によって回転ビルドプラットフォーム３１０の上面（すなわち、ビルド面または加工面）の一部に平滑化して、照射ビーム５５８によってプリントされた物体３３０の一部である溶融層に照射される実質的に均一な粉末層５５６を形成する。いくつかの実施形態では、ビルドユニット３０２が移動しているのと同時に実質的に均一な粉末層５５６を照射することができ、これによりビルドユニット３０２の連続的な動作が可能となり、したがって、プリントされたまたは成長した物体３３０のより時間効率的な生産が可能になる。回転ビルドプラットフォーム３１０上に構築される物体３３０は、外側ビルド壁３２４および内側ビルド壁３２６によって拘束された粉末床３１４内に示されている。本発明の一実施形態のこの特定の例では、ガス流ゾーン５３２内のガス流はｘ方向に流れるが、ビルドユニットに対して任意の所望の方向にも流れることができる。
上記の選択的な粉末リコート機構５０４は、単一の粉末ディスペンサを含むだけであるが、粉末リコート機構は、複数の異なる材料粉末を含む複数の区画を含むことも可能であることに留意されたい。また、１つのリコータ装置を示したが、本発明は、複数のリコータ装置を有する装置に適用することも可能である。
本発明に従って使用することができる単一ユニットおよび／または複数ユニットのためのビルドユニットおよび位置決め機構に関する追加の詳細は、参照により本明細に組み込まれる、代理人整理番号０３７２１６．００１０３で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｕｉｌｄ Ｖｏｌｕｍｅ」と題する米国特許出願第１５／６１０，１７７号明細書、代理人整理番号０３７２１６．００１０２で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／６０９，９６５号明細書、代理人整理番号０３７２１６．００１０８で２０１７年５月３１日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ａｄｄｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｗｉｔｈ ａ Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｂｕｉｌｄ Ｗａｌｌ」と題する米国特許出願第１５／６１０，１１３号明細書、代理人整理番号０３７２１６．００１０９で２０１７年５月３１日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ａｎｄ Ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ Ａｄｄｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題する米国特許出願第１５／６１０，２１４号明細書、代理人整理番号０３７２１６．００１１０で２０１７年５月３１日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ａｄｄｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｔｏ Ｒｅｃｏｖｅｒ Ｕｎｕｓｅｄ Ｒａｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ」と題する米国特許出願第１５／６０９，７４７号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００６１で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｂｕｉｌｄ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４４４号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００５９で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｕｉｌｄ Ｖｏｌｕｍｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４６７号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００６０で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｃａｎ Ａｒｅａ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４５４号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００６２で２０１７年１月１３日に出願された「Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｒｅｃｏａｔｅｒ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４６１号明細書、代理人整理番号０３７２１６．０００７１で２０１７年１月１３日に出願された「Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｃｈｉｎｅ」と題する米国特許出願第１５／４０６，４７１号明細書を参照されたい。
上述したように、ビルド材料（例えば粉末）を選択的に提供し、ビルド材料を走査領域内で少なくとも部分的に溶解または焼結させるために（例えば、図６および図７に示すような）ビルドユニットが使用される。ＡＭ装置を使用して製造される構成要素のサイズが大きくなると、構成要素の一部は、ビルドユニットが別の走査ゾーンに移動することを必要とすることがある。さらに、ビルド部分は、単一のより大きな少なくとも部分的に凝固したＡＭビルド層を形成するために２つ以上の走査ゾーンを接続することを必要とすることがある。例えば、図８Ａ〜図８Ｂに示すように、第１の走査ゾーン８０１は、第２の走査ゾーン８０３の近くにあってもよい。例えば、第１の走査ゾーンは、ビルドユニット（例えば、図６および図７に示すビルドユニット３０２および／または４００）の第１の位置の走査可能領域の一部を表すことができ、および／またはビルドユニット３０２に対して図７に示すビルドプラットフォーム３１０の第１の位置を表すことができる。例えば、第２の走査ゾーン８０３は、ビルドユニット（例えば、図６および図７に示すビルドユニット３０２および／または４００）の第２の位置の走査可能領域の一部を表すことができ、および／またはビルドユニット３０２に対して図７に示すビルドプラットフォーム３１０の第２の位置を表すことができる。走査ゾーン８０１および／または８０２内にビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることによってＡＭによるビルド層を形成するとき、第１の走査領域８０１と第２の走査領域８０３との間のスペース８０２に過剰な発熱が生じることがある。
走査可能領域は、照射源がビルドユニットの特定の位置でビルド材料を少なくとも部分的に溶融させることができる表面領域を表すことができる。例えば、図６を参照すると、走査可能領域は、照射源４０２が動作可能である（例えば、ビルド材料を溶融および／または焼結することができる）粉末の表面領域４１６Ｂおよび／または溶融領域４１５を含むことができ、ビルドユニット４００はビルド面４１５および／または４１６Ｂに対して単一の向きにある。言い換えれば、領域８０１および８０３は、ビルドユニットおよび／またはプラットフォームが単一の静止した向きにある間に、全走査可能領域の少なくとも一部である表面を表すことができる。
図８Ａ〜図８Ｂに示すように、走査領域８０１および／または８０３の各々は、所望の各ＡＭビルド層をビルドユニット位置およびラスタ走査領域に分割するソフトウェアによって選択され得る。各走査領域８０１および／または８０３は、ストライプ８１０および／または８２０によって境界付けられ得る凝固ライン８１１および／または８０３を含み得る。上述したように、各ストライプは別個の凝固ラインであってもよいし、単に凝固ライン８１１および／または８１３の各々の境界を示してもよい。ストライプ８１０および／または８２０が境界である場合、照射源は、各凝固ライン８１１および／または８１３を形成するためにビルド材料に沿った経路をたどることができ、ストライプ８１０および／または８２０でデフォーカスされ、パルス化され、出力が低下され、および／またはオフにされ得る。
上述したように、走査ゾーン８０１および／または８０２内にビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることによってＡＭによるビルド層を形成するとき、第１の走査領域８０１と第２の走査領域８０３との間のスペース８０２の様々な領域において、過剰な発熱および／または温度の低下が生じることがある。スペース８０２内の過剰な発熱を補償するために、プロセスパラメータを調整して、構築される層が所望の特性を有することを保証することができる。例えば、凝固ライン８１２は、凝固ライン８１１および８１３とは異なるプロセスパラメータで形成され、スペース８０２内の過剰な発熱を補償することができる。
ＡＭビルドプロセス中に制御され得るプロセスパラメータの１つは、ビルド材料に与えられるエネルギーである。例えば、レーザを使用する場合、ビルド材料に与えられるレーザエネルギーは、レーザ出力、走査速度、および走査間隔から導出される。レーザ出力は、レーザへのワット数入力とは対照的に、ビルド部分（例えば、ビルド材料および構築される構成要素）に向けられたエネルギーである。したがって、レーザ出力は、レーザの焦点、レーザのパルス、および／またはレーザのワット数を含むことができる。走査速度は、レーザが構築プロファイルを横切って移動する速度である。走査速度は、例えば、ガルバノメータスキャナがレーザを向ける速度によって決定されてもよい。走査間隔は、ビルド材料に形成された各凝固ライン間の間隔である。上記のプロセスパラメータのいずれかを制御して、ビルド材料に特定のエネルギーを与えることができる。したがって、限定されるものではないが、上記の値のいずれかまたは組合せを制御することにより、エネルギー密度を制御することができる。
ビルドプロセス中に過度のエネルギー密度が生じると、完成した構成要素の反り、寸法の不正確さ、および／または沸騰した気孔をもたらす可能性がある。エネルギー密度が低すぎると、完成した構成要素が不適切に結合する可能性がある。したがって、構築中、エネルギー密度は、推定または検出されたエネルギー密度の増強および／またはビルド領域内のエネルギー密度の低下に基づいて絶えず制御され得る。上記の変数のいずれかは、一貫した構築を確実にするためおよび／または完成した層および／または複数の完成した層の冶金特性を制御するために領域内で変更され得る。
例えば、図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、走査領域８０１および／または８０３の各々は、所望の各ＡＭビルド層をビルドユニット位置およびラスタ走査領域に分割するソフトウェアによって選択され得る。各走査領域８０１および／または８０３は、ストライプ８１０および／または８２０によって境界付けられ得る凝固ライン８１１および／または８０３を含み得、凝固ライン８１１は、第１のエネルギー密度で粉末を照射することによって形成され得る。上述したように、各ストライプは別個の凝固ラインであってもよいし、単に凝固ライン８１１および／または８１３の各々の境界を示してもよい。ストライプ８１０および／または８２０が境界である場合、照射源は、各凝固ライン８１１および／または８１３を形成するためにビルド材料に沿った経路をたどることができ、ストライプ８１０および／または８２０でデフォーカスされ、パルス化され、出力が低下され、および／またはオフにされ得る。第２の走査領域８０３は、第２のエネルギー密度で凝固ライン８１３を形成するために照射され得る。第１のエネルギー密度および第２のエネルギー密度は、決定された層内の発熱および／または完成した構成要素および／または層の所望の冶金学的特性に応じて、同じであっても異なっていてもよい。走査領域８０１と走査領域８０３は、走査領域８０１と走査領域８０３との間にスペース８０２が存在するように形成され得る。残留発熱がスペース８０２に存在する可能性があるため、凝固ライン８１２を上述の第１のエネルギー密度値および／または第２のエネルギー密度値と同じエネルギー密度値で形成すると、領域内のビルド材料の過熱をもたらす可能性がある。したがって、部分８０２におけるエネルギー密度は、第１のエネルギー密度および第２のエネルギー密度と比較して変更（例えば、低下）され得る。上述したように、エネルギー密度は、いくつかの方法で部分８０２において変更され得る。例えば、部分８０２内のエネルギー密度を低下させるために、部分８０２を照射して、凝固ライン８１１および８１３よりも各凝固ライン間により大きい間隔を有する凝固ライン８１２を形成してもよい。別の例として、凝固ライン８１２は、部分８０２内のエネルギー密度を低下させるために凝固ライン８１１および８１３よりも速い速度で形成されてもよい。エネルギー密度はまた、部分８０２の照射源をデフォーカスおよび／またはパルス化することによって、および／または部分８０２を走査するときに照射源のワット数を減少させることによっても低減され得る。上記の例は、部分８０２内のエネルギー密度を制御するために排他的にまたは組み合わせて使用することができることに留意されたい。
１つの実施例を図９に示す。図９は、ビルド領域９００内のビルドユニット移動の上面図を示している。ビルド領域９００は、粉末床であってもよく、および／またはビルドユニットによって粉末が供給される領域であってもよい。ビルドユニットは、最初に９０２Ａによって表される第１の位置および／または向きに配置されてもよい。アウトライン９０２Ａは、走査可能な領域および／またはビルドユニットのアウトラインを表すことができ、明瞭化のために簡略化されていることに留意されたい。さらに、部分９０２Ａは、走査可能領域またはビルドユニットとして交換可能に言及されてもよく、走査ゾーン９０１Ａに関してより大きいまたはより小さい領域を含んでもよいことに留意されたい。上述したように、走査ゾーン９０１Ａは、照射源がビルドユニットの特定の位置、例えば位置９０２Ａでビルド材料を少なくとも部分的に溶融させることができる表面領域を表すことができる走査可能領域９０２Ａの一部であってもよい。例えば、図６を参照すると、走査可能領域は、照射源４０２が動作可能である（例えば、ビルド材料を溶融および／または焼結することができる）粉末の表面領域４１６Ｂおよび／または溶融領域４１５を含むことができ、ビルドユニット４００はビルド面４１５および／または４１６Ｂに対して単一の向きにある。言い換えれば、領域９０１Ａおよび９０１Ｂは、ビルドユニットおよび／またはプラットフォームが単一の静止した向きにある間に、全走査可能領域の少なくとも一部である表面を表すことができる。
図９に示すように、第１の走査ゾーン９０１Ａは、第２の走査ゾーン９０１Ｂの近くにあってもよい。例えば、第１の走査ゾーンは、ビルドユニット（例えば、図６および図７に示すビルドユニット３０２および／または４００）の第１の位置の走査可能領域９０２Ａの一部を表すことができ、および／またはビルドユニット３０２に対して図７に示すビルドプラットフォーム３１０の第１の位置を表すことができる。例えば、第２の走査ゾーン９０１Ｂは、ビルドユニット（例えば、図６および図７に示すビルドユニット３０２および／または４００）の第２の位置の走査可能領域９０２Ａの一部を表すことができ、および／またはビルドユニット３０２に対して図７に示すビルドプラットフォーム３１０の第２の位置を表すことができる。第１の走査ゾーンは、各ストライプ９０６Ａの間に一連の凝固ライン９０８Ａを形成するために照射され得る。ただし、この例は限定されるものではなく、例えば、第１の走査ゾーン９０１Ａは、上述の組み込まれたラスタ走査方式のいずれかを使用して形成されてもよいことに留意されたい。同様に、第２の走査ゾーン９０２Ｂは、ストライプ９０６Ａによって境界付けられた一連の凝固ライン９０８Ｂに沿って粉末を照射することによって形成され得る。図９には示されていないが、ストライプおよび／または凝固ライン方式は、第１の走査ゾーン９０１Ａおよび第２の走査ゾーン９０１Ｂを形成するときに変更され得る。さらに、第３の走査可能領域９０２Ｃ内の第３の走査ゾーン９０１Ｃは、ストライプ９０６Ｃによって境界付けられた一連の凝固ラインに沿ってビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固され得る。上述したように、第１の走査ゾーン９０１Ａおよび第２の走査ゾーン９０１Ｂおよび第３の走査ゾーン９０１Ｃを形成するときに、ストライプおよび／または凝固ライン方式を変更することができ、凝固ラインおよび／またはストライプ方式の任意の組合せを使用することができる。さらに、矢印９０９および９１０はビルドユニットの例示的な移動を示しているが、第１、第２、および第３の走査ゾーンは任意の順序で凝固されてもよいことに留意されたい。走査ゾーン９０１Ａ、９０１Ｂ、および／または９０１Ｃにビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることによってＡＭによるビルド層を形成するとき、第１の走査領域９０１Ａと、第２の走査領域９０１Ｂと、第３の走査領域９０１Ｃとの間のスペース９０３Ａおよび／または９０３Ｂに過剰な発熱が生じることがある。したがって、走査領域９０１Ａ〜９０１Ｃを接続するとき、上述のプロセスパラメータのいずれかを変更することができる。
例えば、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂ内のエネルギー密度を減少させるために、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂを照射して、凝固ライン９０８Ａ〜９０８Ｂよりも各凝固ラインの間隔が大きい凝固ライン（図示せず）を形成することができる。別の例として、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂ内の凝固ラインは、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂ内のエネルギー密度を低下させるために凝固ライン９０８Ａ〜９０８Ｂよりも速い速度で形成されてもよい。エネルギー密度はまた、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂの照射源をデフォーカスおよび／またはパルス化することによって、および／または部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂを走査するときの照射源のワット数を減少させることによって低下することができる。上記の例は、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂ内のエネルギー密度を制御するために、排他的にまたは組み合わせて使用することができることに留意されたい。さらに、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂは、隣接する走査ゾーンの形成の前または後のいずれかに照射されてもよい。例えば、ＡＭ装置は、走査ゾーン９０１Ａ内のビルド材料を少なくとも部分的に凝固させるために凝固ライン９０８Ａを形成するように構成され得、その後、ビルドユニットを移動させて走査ゾーン９０１Ｂ内のビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることができ、走査ゾーン９０１Ｂ内の凝固ライン９０８Ａが形成された後、ビルドユニットは、固定されたまま、修正されたプロセスパラメータで部分９０３Ａに凝固ラインを形成して、領域９０３Ａのエネルギー密度を調整することができる。さらなる例として、部分９０３Ａが少なくとも部分的に凝固した後、ビルドユニットは第３の走査ゾーン９０１Ｃに移動して凝固ライン９０８Ｃを形成することができ、その後、ビルドユニットは同じ位置に留まり、走査ゾーン９０１Ｂと９０１Ｃとの間の領域９０３Ｂを少なくとも部分的に凝固させることができる。上述のシナリオでは、走査ゾーン９０６Ｂは、部分９０３Ａの少なくとも部分的な凝固の間に冷却するための時間がより長くてもよいため、部分９０３Ｂを形成する間に適用されるプロセスパラメータ調整は、９０３Ａの形成中と異なる場合があり、したがって、部分９０３Ａよりも部分９０３Ｂを形成するときに、より大きなエネルギー密度が必要とされ得る。
別の例として、走査ゾーン９１１Ａ、９１１Ｂ、および９１１Ｃは、ビルドユニットの３つの別個の位置に形成されてもよい。上記のシナリオと同様に、各走査可能領域９１２Ａ〜９１２Ｃの重なりのために、部分９１３Ａおよび／または９０３Ｂは構築によって形成され得、一方で、ビルドユニットは、部分９０３Ａおよび／または９０３Ｂを境界とする任意の単一または複数の走査ゾーンが形成された後も静止したままである。ビルドユニットを走査ゾーン９０１Ａ〜９０１Ｃおよび／または９１１Ａ〜９１１Ｃの各々の間の中間位置に移動させることによって、部分９０３Ａ〜９０３Ｂおよび／または９１３Ａ〜９１３Ｂを形成することも可能であることにさらに留意されたい。
なお、図９は、簡略化のために可能な限られた数の位置を示しており、上述の例の各々では、ビルドユニットがビルド領域９００内の任意の位置にさらに進んで領域を少なくとも部分的に凝固させることができ、同じ発明原理を適用することができる。当業者であれば、上述の走査ゾーンを所望の順序で凝固させることができ、例は限定的ではないことをさらに理解されよう。さらに、当業者であれば、形成される各層にわたる様々な可能なＡＭ構築シナリオに本発明を適用できることをさらに理解されよう。
１つの実施例を図１０に示す。図１０は、矢印１００１によって示される方向に沿って回転可能であり得る、可動のビルド領域１０００内のビルドユニット移動の上面図を表している。ビルド領域１０００は、粉末床であってもよく、および／またはビルドユニットによって粉末が供給される領域であってもよい。ビルドユニットは、最初に１０１２Ａによって表される第１の位置および／または向きに配置されてもよい。アウトライン１０１２Ａは、走査可能な領域および／またはビルドユニットのアウトラインを表すことができ、明瞭化のために簡略化されていることに留意されたい。さらに、部分１０１２Ａは、走査可能領域またはビルドユニットとして交換可能に言及されてもよく、走査ゾーン１０１２Ａに関してより大きいまたはより小さい領域を含んでもよいことに留意されたい。上述したように、走査ゾーン１０１２Ａは、照射源がビルドユニットの特定の位置、例えば位置１０１２Ａでビルド材料を少なくとも部分的に溶融させることができる表面領域を表すことができる走査可能領域１０１２Ａの一部であってもよい。例えば、図７を参照すると、走査可能領域は、照射源５５８が動作可能である（例えば、ビルド材料を溶融および／または焼結することができる）粉末の表面領域３３０および／または溶融領域３３０を含むことができ、ビルドユニット３０２はビルド面４１５に対して単一の向きにある。言い換えれば、領域１０１８Ａおよび１０１８Ｂは、ビルドユニットおよび／またはプラットフォーム１０００が単一の静止した向きにある間に、全走査可能領域１０１２Ａおよび１０１２Ｂの少なくとも一部である表面を表すことができる。
図１０に示すように、第１の走査ゾーン１０１１Ａは、第２の走査ゾーン１０１１Ｂの近くにあってもよい。第１の走査ゾーンは、例えば、ビルドユニットの第１の位置における走査可能領域１０１２Ａの一部を表してもよく、および／またはビルドユニットに対するビルドプラットフォーム１０００の第１の位置を表してもよい。第２の走査ゾーン１０１１Ｂは、ビルドユニットおよび／またはプラットフォーム１０００の第２の位置における走査可能領域１０１２Ｂの一部を表すことができる。第１の走査ゾーンは照射されて、走査ゾーン１０１１Ａの全面にわたって形成され得る、および／または、単一のおよび／または複数のストライプ１００６Ａによって境界付けられ得る一連の凝固ライン１０１８Ａを形成してもよい。ただし、この例は限定されるものではなく、例えば、第１の走査ゾーン１０１２Ａは、上述の組み込まれたラスタ走査方式のいずれかを使用して形成されてもよいことに留意されたい。同様に、第２の走査ゾーン１０１２Ｂは、一連の凝固ライン１０１８Ｂに沿って粉末を照射することによって形成されてもよい。図１０には示されていないが、ストライプおよび／または凝固ライン方式は、第１の走査ゾーン１０１２Ａおよび第２の走査ゾーン１０１２Ｂを形成するときに変更されてもよい。矢印１０１９および１００９は、ビルドプラットフォーム１０００の半径方向におけるビルドユニットの例示的な移動を示しているが、第１および第２の走査ゾーンは、任意の順序で凝固されてもよいことに留意されたい。走査ゾーン１０１１Ａおよび１０１１Ｂ内のビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることによってＡＭによるビルド層を形成するとき、第１の走査ゾーンと第２の走査ゾーンとの間のスペース１０１３に過剰な発熱が生じることがある。したがって、走査領域１０１１Ａ〜１０１１Ｂを接続するときに、上述のプロセスパラメータのいずれかを変更することができる。
例えば、部分１０１３内のエネルギー密度を低下させるために、部分１０１３を照射して、凝固ライン１０１８Ａ〜１０１８Ｂよりも各凝固ラインの間隔が大きい凝固ライン（図示せず）を形成してもよい。別の例として、部分１０１３内の凝固ラインは、部分１０１３内のエネルギー密度を低下させるために凝固ライン１０１８Ａ〜１０１８Ｂよりも速い速度で形成されてもよい。エネルギー密度はまた、部分１０１３の照射源をデフォーカスおよび／またはパルス化することによって、および／または部分１０１３を走査するときに照射源のワット数を減少させることによっても低減され得る。上記の例は、部分１０１３内のエネルギー密度を制御するために、排他的にまたは組み合わせて使用できることに留意されたい。さらに、部分１０１３は、隣接する走査ゾーンの形成の前または後のいずれかに照射されてもよい。例えば、ＡＭ装置は、走査ゾーン１０１１Ａ内のビルド材料を少なくとも部分的に凝固させるために凝固ライン１０１８Ａを形成するように構成され得、その後、ビルドユニットを半径方向１０１９に移動させて走査ゾーン１０１１Ｂ内のビルド材料を少なくとも部分的に凝固させることができ、走査ゾーン１０１１Ｂの凝固ライン１０１８Ａが形成された後、ビルドユニットは、固定されたまま、修正されたプロセスパラメータで部分１０１３に凝固ラインを形成して、領域１０１３のエネルギー密度を調整することができる。
別の例として、走査ゾーン１００１Ａおよび１００１Ｂは、ビルドユニットの２つの別個の位置に形成されてもよい。上記のシナリオと同様に、各走査可能領域１００２Ａ〜１００２Ｂの重なりのために、部分１００３は構築によって形成され得、一方で、ビルドユニットは、部分１００３を境界とする任意の単一または複数の走査ゾーンが形成された後も静止したままである。ビルドユニットを走査ゾーン１０１１Ａ〜１０１１Ｂおよび／または１００１Ａ〜１００１Ｂの各々の中間位置に移動させることによって、部分１０１３および／または１００３を形成することも可能であることにさらに留意されたい。
なお、図１０は、簡略化のために可能な限られた数の位置を示しており、上述の例の各々では、ビルドユニットがビルド領域１０００内の任意の位置にさらに進んで領域を少なくとも部分的に凝固させることができ、同じ発明原理を適用することができる。さらに、ビルドユニットが移動している間に、またはビルドユニットが静止している間に、ビルドプラットフォーム１０００を移動してビルドユニットの下に新しい走査ゾーンを移動させることができることに留意されたい。当業者であれば、上述の走査ゾーンを所望の順序で凝固させることができ、例は限定的ではないことをさらに理解されよう。さらに、当業者であれば、形成される各層にわたる様々な可能なＡＭ構築シナリオに本発明を適用できることをさらに理解されよう。
本明細書においては、本発明を好ましい実施形態を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。当業者であれば、上述の種々の実施形態からの態様ならびに各々のそのような態様についての他の公知の同等物を混ぜ合わせて適合させることで、本出願の原理に従ったさらなる実施形態および技術を構築することができる。
［実施態様１］
第１の走査領域（８０１）内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップであって、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、第１の照射経路に沿って第１のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成される、ステップと、
前記第１の走査領域（８０１）に対して間隔を置いて配置された第２の走査領域（８０３）内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップであって、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、第２の照射経路に沿って第２のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成され、前記第１の走査領域（８０１）と前記第２の走査領域（８０３）との間の前記スペース（８０２）は、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値とは異なる第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固される、ステップと
を含む、構成要素を形成するための方法。
［実施態様２］
前記第３のエネルギー密度値が、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値よりも小さい、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様３］
前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、前記ビルドユニット（４００）が前記構成要素に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記ビルドユニット（４００）が前記第１の位置とは異なる第２の位置にあるときに形成される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様４］
前記第１および第２の走査領域（８０１、８０３）が、可動のビルドプラットフォーム（３１０）上に位置し、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）がビルドユニット（３０２，４００）に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）が前記ビルドユニット（３０２，４００）に対して第２の位置にあるときに形成される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様５］
前記エネルギー密度値が、電子ビーム出力、レーザ出力、走査速度、および走査間隔のうちの少なくとも１つを変化させることによって変更される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様６］
前記エネルギー密度値が、少なくともレーザ出力を変化させることによって変更され、前記レーザ出力は、焦点制御機構を用いて前記レーザの焦点を制御することによって調整される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様７］
前記レーザ出力が、前記レーザが合焦している表面領域を制御することによって調整される、実施態様６に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様８］
前記焦点制御装置が、少なくとも１つのレンズを含む、実施態様６に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様９］
前記エネルギー密度値が、少なくともレーザ出力を変化させることによって変更され、前記レーザ出力は、前記レーザのワット数を制御することによって調整される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様１０］
前記エネルギー密度値が、少なくとも走査速度を変化させることによって変更され、前記走査速度は、ガルバノメータスキャナを制御することによって調整される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様１１］
前記第１の照射経路が、第１の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第２の照射経路が、第２の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第１の走査領域と前記第２の走査領域との間の前記スペースは、前記第１の角度および前記第２の角度とは異なる角度で形成された第３の一連の凝固ラインを形成することによって、少なくとも部分的に凝固される、実施態様１に記載の構成要素を形成するための方法。
［実施態様１２］
コンピュータに付加製造方法を実行させるように構成されたプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記製造方法は、
第１の走査領域（８０１）内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップであって、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、第１の照射経路に沿って第１のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成される、ステップと、
前記第１の走査領域（８０１）に対して間隔を置いて配置された第２の走査領域（８０３）内に少なくとも部分的に凝固した部分を形成するステップであって、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、第２の照射経路に沿って第２のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって形成され、前記第１の走査領域（８０１）と前記第２の走査領域（８０３）との間の前記スペース（８０２）は、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値より小さい第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固される、ステップと
を含む、プログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１３］
前記第３のエネルギー密度値が、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値よりも小さい、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１４］
前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、ビルドユニット（４００）が前記構成要素に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記ビルドユニット（４００）が前記第１の位置とは異なる第２の位置にあるときに形成される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１５］
前記第１および第２の走査領域（８０１、８０３）が、可動のビルドプラットフォーム（３１０）上に位置し、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）がビルドユニット（３０２，４００）に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）が前記ビルドユニット（３０２，４００）に対して第２の位置にあるときに形成される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１６］
前記エネルギー密度値が、電子ビーム出力、レーザ出力、走査速度、および走査間隔のうちの少なくとも１つを変化させることによって変更される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１７］
前記エネルギー密度値が、少なくともレーザ出力を変化させることによって変更され、前記レーザ出力は、焦点制御機構を用いて前記レーザの焦点を制御することによって調整される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１８］
前記焦点制御装置が、少なくとも１つのレンズを含む、実施態様１７に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様１９］
前記エネルギー密度値が、少なくともレーザ出力を変化させることによって変更され、前記レーザ出力は、前記レーザのワット数を制御することによって調整される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様２０］
前記エネルギー密度値が、少なくとも走査速度を変化させることによって変更され、前記走査速度は、ガルバノメータスキャナを制御することによって調整される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
［実施態様２１］
前記第１の照射経路が、第１の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第２の照射経路が、第２の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第１の走査領域（８０１）と前記第２の走査領域（８０３）との間の前記スペース（８０２）は、前記第１の角度および前記第２の角度とは異なる角度で形成された第３の一連の凝固ラインを形成することによって、少なくとも部分的に凝固される、実施態様１２に記載のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
１１０ 装置，システム
１１４ ビルドプレート
１１６ リコータアーム
１１８ 粉末レベル
１２０ レーザ
１２２ 部分
１２６ リザーバ
１２８ 廃棄物容器
１３２ ガルボスキャナ
１３４ 方向
１３６ エネルギービーム
２１１Ａ ストライプ
２１１Ｂ ストライプ
２１２Ａ ストライプ
２１２Ｂ ストライプ
２１３Ａ 凝固ライン
２１３Ｂ 凝固ライン
２１５ 層
２１６ 層
２１７ 層
２５６ ストライプ
２５７ ストライプ
２６６ 凝固ライン
２６７ 凝固ライン
３００ 製造装置
３０２ ビルドユニット
３１０ ビルドプラットフォーム
３１４ 粉末床
３１６ モータ
３２４ 外側ビルド壁
３２６ 内側ビルド壁
３３０ 物体，粉末の表面領域，溶融領域
４００ ビルドユニット
４０１ 照射放射方向付け装置
４０２ 照射源
４０３ ガス流ゾーン
４０４ ガス流装置
４０５ リコータ
４０６ ホッパ
４０７ バックプレート
４０８ フロントプレート
４０９ 作動要素
４１０ ゲートプレート
４１１ リコータ，リコータブレード
４１２ アクチュエータ
４１３ リコータアーム
４１４ ビルドエンベロープ
４１５ 物体，溶融領域，ビルド面
４１６ 粉末
４１６Ｂ 粉末の表面領域
４１７ ホッパギャップ
４１８ エンクロージャ
４１９ 不活性環境
４２０ マウンティングプレート
５０４ 粉末リコート機構
５０６ 照射ビーム方向付け機構
５０８ リコータアーム
５１０ リコータブレード
５１１ リコータブレード
５１２ 粉末ディスペンサ
５１５ 粉末
５１６ ゲートプレート
５１８ アクチュエータ
５２１ 粉末層
５３２ ガス流機構，ガス流ゾーン
５３８ ガス流ゾーン
５４０ エンクロージャ
５４２ 不活性環境
５４４ リコータプレート
５４６ バックプレート
５４８ フロントプレート
５５０ リコータブレード
５５２ 作動要素
５５４ 粉末
５５６ 粉末層
５５８ 照射ビーム，照射源
５６４ ギャップ
８０１ 第１の走査ゾーン，第１の走査領域
８０２ スペース，部分
８０３ 第２の走査ゾーン，第２の走査領域
８１０ ストライプ
８１１ 凝固ライン
８１２ 凝固ライン
８１３ 凝固ライン
９００ ビルド領域
９０１Ａ 第１の走査ゾーン，第１の走査領域
９０１Ｂ 第２の走査ゾーン，第２の走査領域
９０１Ｃ 第３の走査ゾーン，第３の走査領域
９０２Ａ 走査可能領域，アウトライン，部分
９０２Ｂ 第２の走査ゾーン
９０２Ｃ 第３の走査可能領域
９０３Ａ スペース，部分，領域
９０３Ｂ スペース，部分，領域
９０６Ａ ストライプ
９０６Ｂ 走査ゾーン
９０６Ｃ ストライプ
９０８Ａ〜Ｃ 凝固ライン
９０９ 矢印
９１０ 矢印
９１１Ａ〜Ｃ 走査ゾーン
９１２Ａ〜Ｃ 走査可能領域
１０００ ビルド領域，ビルドプラットフォーム，ビルドユニット
１００１ 矢印
１００１Ａ 走査ゾーン，走査領域
１００１Ｂ 走査ゾーン，走査領域
１００２Ａ 走査可能領域
１００２Ｂ 走査可能領域
１００３ 部分
１００９ 矢印
１０１１Ａ 走査ゾーン
１０１１Ｂ 走査ゾーン
１０１２Ａ アウトライン，走査ゾーン，走査可能領域
１０１２Ｂ 走査ゾーン，走査可能領域
１０１３ スペース，部分，領域
１０１８Ａ 凝固ライン，領域
１０１８Ｂ 凝固ライン，領域
１０１９ 矢印，半径方向

Claims (12)

  1. 付加製造時に第１の走査領域（８０１）内に少なくとも部分的に凝固した凝固部分を形成するステップであって、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、第１の照射経路に沿って第１のエネルギー密度値でエネルギービームをビルド材料に対して照射することによって形成される、ステップと、
    前記付加製造時に前記第１の走査領域（８０１）に対して間隔を置いて配置された第２の走査領域（８０３）内に少なくとも部分的に凝固した凝固部分を形成するステップであって、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、第２の照射経路に沿って第２のエネルギー密度値で前記エネルギービームをビルド材料に対して照射することによって形成され、前記第１の走査領域（８０１）と前記第２の走査領域（８０３）との間のスペース（８０２）は、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値とは異なる第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固される、ステップと
    を含み、
    前記第１および第２の走査領域（８０１、８０３）が、各々の前記走査領域に対応して動くことが可能な可動のビルドプラットフォーム（３１０）上に位置し、前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）がビルドユニット（３０２，４００）に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記可動のビルドプラットフォーム（３１０）が前記ビルドユニット（３０２，４００）に対して第２の位置にあるときに形成される、構成要素を形成するための方法。
  2. 前記第３のエネルギー密度値が、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値よりも小さい、請求項１に記載の構成要素を形成するための方法。
  3. 前記第１の走査領域（８０１）内の前記凝固部分は、ビルドユニット（４００）が前記構成要素に対して第１の位置にあるときに形成され、前記第２の走査領域（８０３）内の前記凝固部分は、前記ビルドユニット（４００）が前記第１の位置とは異なる第２の位置にあるときに形成される、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  4. 前記エネルギー密度値が、電子ビーム出力、レーザの出力、走査速度、および走査間隔のうちの少なくとも１つを変化させることによって変更される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  5. 前記エネルギー密度値が、少なくともレーザの出力を変化させることによって変更され、前記レーザの出力は、焦点制御機構を用いて前記レーザの焦点を制御することによって調整される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  6. 前記レーザの出力が、前記レーザが合焦している表面領域を制御することによって調整される、請求項５に記載の構成要素を形成するための方法。
  7. 前記焦点制御機構が、少なくとも１つのレンズを含む、請求項５に記載の構成要素を形成するための方法。
  8. 前記エネルギー密度値が、少なくともレーザの出力を変化させることによって変更され、前記レーザの出力は、前記レーザのワット数を制御することによって調整される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  9. 前記エネルギー密度値が、少なくとも走査速度を変化させることによって変更され、前記走査速度は、ガルバノメータスキャナを制御することによって調整される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  10. 前記第１の照射経路が、第１の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第２の照射経路が、第２の角度で形成された一連の凝固ラインを含み、前記第１の走査領域と前記第２の走査領域との間の前記スペースは、前記第１の角度および前記第２の角度とは異なる角度で形成された第３の一連の凝固ラインを形成することによって、少なくとも部分的に凝固される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実行するように付加製造装置に指示する命令を格納する非一時的コンピュータ可読媒体。
  12. 前記スペース（８０２）は、前記第１のエネルギー密度値および前記第２のエネルギー密度値とは異なる第３のエネルギー密度値でビルド材料を照射することによって、少なくとも部分的に凝固されることで、前記スペース（８０２）に前記第１の走査領域（８０１）と前記第２の走査領域（８０３）とは異なる熱特性を持たせる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の構成要素を形成するための方法。
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