JP6788100B2 - ３次元ワークピースを作製するために複数の粉末適用機器を備える装置 - Google Patents

Description

本発明は、素材粉末の層を電磁又は粒子放射線により照射して３次元ワークピースを作製するために複数の粉末適用機器を備える装置に関する。更に、本発明は、この種の装置を操作する方法に関する。

粉末床溶融結合（ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）は、粉末状の、特に金属及び／又はセラミックの素材が複雑な形状の３次元ワークピースへと加工され得るという付加的積層プロセスである。その目的の為に、素材粉末層がキャリヤ上に塗布されると共に、粉末層は、作製されるべきワークピースの所望の幾何学形状に依存して、部位選択的な様式でレーザ放射線に対して委ねられる。粉末層内へと侵入するレーザ放射線は素材の粉末粒子の加熱を、従って、溶融もしくは焼結を引き起こす。ワークピースが所望の形状及びサイズを獲得するまで、キャリヤ上ですでにレーザ処理に委ねられた層に対しては、更なる素材粉末層が順次的に堆積される。選択的なレーザ溶融又はレーザ焼結は特に、ＣＡＤデータに基づき、試作品、工具、交換部品、又は、たとえば歯科的もしくは整形外科的なプロテーゼの如き医学的プロテーゼの作製に対して使用され得る。

夫々のワークピース作製プロセスを実施するために、キャリヤの指定堆積領域上へと素材粉末を堆積する粉末適用機器が使用される。斯かる機器の例は、特許文献１において見出され得る。典型的に、粉末適用機器は、素材粉末を送出し乍ら堆積領域に沿って移動することから、次続的に照射されて固化されることでワークピース層を作製し得る新たな最上の素材粉末層を作製する。代替的に、好適には、堆積領域としては使用されないキャリヤの領域の上方に、別体的で好適には静止的な粉末貯蔵部が配備されるという解決策が知られている。この様にして、粉末は、キャリヤ上へと選択的に解放かつ送出されてから、接近する粉末適用機器により、近傍の堆積領域上へと押し進められる。従って、素材粉末は、堆積領域上の全体に亙り分布されることで、堆積領域上に新たな素材粉末層を堆積する。その様にするために、粉末分布機器は、堆積領域に臨む適切な唇部もしくはブレード構造を備える。本開示内容に関し、前記の代替策（すなわち、一体化された貯蔵部を備える粉末適用機器、及び、別体的な貯蔵部を備える粉末適用機器）はいずれも、堆積領域上へと素材粉末を堆積する粉末適用機器の特徴により包含されることが意図される。

概略的に、粉末適用機器が動作する間、実際的なワークピースの作製は行われない。代わりに、照射の開始に先立ち、典型的には、新たな素材粉末層の堆積が最初に完了されねばならない。結果として、先行技術の解決策は多くの場合、照射機器の操作を含む実際の基本的な処理時間と比較して、粉末適用機器の動作の間に、比較的に長い非生産的又は二次的な処理時間が問題となる。

夫々の装置が、ひとつの堆積領域が照射され得る一方で他の堆積領域には新たな素材粉末層が配備されるという複数の堆積領域を備える様に、各装置を大型化することにより、この生産性の欠如を補償するという試みが為されてきた。しかし、斯かる装置は多くの場合、不経済で複雑である。

欧州特許出願公開第２８１８３０５（Ａ１）号明細書

故に、本発明は、素材粉末の層を電磁又は粒子放射線により照射することにより３次元ワークピースを作製する装置であって、大きな生産性により特徴付けられるという装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、この種の装置を操作する方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の装置及び請求項１５に記載の方法により対処される。

３次元ワークピースを作製する装置は、素材粉末を受容するキャリヤを備える。キャリヤは、堅固に固定されたキャリヤであり得る。但し、一実施例に依れば、キャリヤは、ワークピースが素材粉末から複数の層にて作製されるにつれてワークピースの造形高さが増大するにつれて、キャリヤが垂直方向において下方及び／又は上方に移動され得るように、垂直方向に変位可能であるべく設計される。

装置は更に、素材粉末で構成されたワークピースを積層構造作製方法により作製するためにキャリヤの少なくともひとつの堆積領域上に堆積されている素材粉末上に電磁又は粒子放射線ビームを選択的に照射する（すなわち、所定の照射部位を照射して単一ワークピース層を作製する）少なくとも第１の照射機器を備える。照射機器は、堆積領域上の素材粉末層の外部的にアクセス可能なもしくは露出された区域を照射することにより、それを特定温度まで加熱し、部位選択的な素材粉末の焼結及び／又は溶融を許容すべく構成され得る。この様にして、３次元ワークピースの固化層が生成され得る。以下において、この照射及び固化は、素材粉末層の処理と称され得ると共に、もし層の全ての所定の照射部位が照射された（すなわち、関連するワークピース層の作製が完了した）なら、素材粉末層は処理されたものと見做され得ることを銘記されたい。

装置は更に、キャリヤ上に、特に、作製されたばかりのワークピース層上に素材の更なる層を付加することにより、概略的に公知の様式で、循環的プロセスを実施すべく構成され得る。それに続き、照射機器は、新たな層の部位選択的な照射を実施することで、先のワークピース層上に更なるワークピース層を作製し得る。このことは、ワークピースが完成するまで反復され得る。故に、以下において更に詳述される如く、堆積領域上には、一連の素材粉末層が堆積もしくは積層され且つ処理され、各層は夫々、堆積領域及びキャリヤに対し、増大する高さレベルを以て配置される。この様にして、ワークピースのいわゆる堆積高さが連続的に増大され得る。

故に、堆積領域上における素材粉末の夫々の堆積及び関連する層の形成は、堆積領域上にすでに存在するワークピース又は素材粉末層上に粉末材料を堆積する段階も含むことを銘記されたい。換言すると、堆積領域上への素材粉末の堆積は、必ずしも、粉末と、キャリヤの対応区画との間の直接的な物理接触を伴わなくてもよい。寧ろ、このことは、堆積領域の区域の上方／上又は区域内に素材粉末を送出及び／又は分布させることで、それを、堆積領域上に、且つ、可能的にはその上に既に存在する更なる層に重ねて堆積することであるとも理解され得る。換言すると、堆積領域上への素材粉末の堆積は、堆積領域と（好適には）一致するがキャリヤに対しては異なる高さレベルに配置される新たな素材粉末層を形成する段階も含み得る。

この関連において、“堆積領域”という語句は概略的に、ひとつもしくは複数のワークピースが作製されるべきキャリヤの指定領域を指し得る。換言すると、キャリヤは、素材粉末が堆積される大きな基本領域を画成し得ると共に、堆積領域は、ワークピースの実際の作製が行われることが想定される基本領域の所定割合を指し得る。前記割合は、１００％〜１％の範囲のいずれともされ得る。故に、別様に表現すると、堆積領域は、作製されているワークピースの最大の可能占有面積を画成し得る。同様に、キャリヤは、概略的に複数の対応堆積領域を備えて成り得る。同様に、キャリヤは概略的に、単一の部材により形成されるか、又は、複数の下位部材（すなわち、各々がキャリヤ領域全体の一部を形成する複数の下位キャリヤ）を備えて成り得る。キャリヤの斯かるモジュール式構造は、比較的に大寸のワークピースを作製するときに有用であり得る。従って、堆積領域は、キャリヤの対応する複数の（下位）部材上に延在し、又は、それらを含み得る。

照射機器は更に、レーザ源の如き焼結／溶融用の放射線源と、焼結／溶融用の放射線源により発せられた焼結／溶融用の放射線ビームを案内及び／又は処理する少なくともひとつの光学ユニット（照射ユニット）とを備えて成り得る。光学ユニット（照射ユニット）は、対物レンズ、特にｆθレンズの如き光学素子と、好適には回折的な光学素子及び偏向ミラーを備えるスキャナ・ユニットとを備えて成り得る。照射機器は、各々が、素材粉末の部位選択的な焼結及び／又は溶融を許容する電磁又は粒子放射線を発すべく適合化された、一台のみの照射ユニット又は複数台の照射ユニットを備えて成り得る。

装置は更に、同一の堆積領域上に同時に素材粉末を堆積することで一連の素材粉末層を相互に重ねて生成すべく構成された少なくとも第１及び第２の粉末適用機器を備える。詳細には、粉末適用機器の一方は、堆積領域上に下側の素材粉末層を堆積し得ると共に、他方は、下側層に重ねて上側の素材粉末層を堆積し得る。好適には、これらの層は、所定の、及び／又は、均一な厚みを以て形成される。この新たな下側の素材粉末は概略的に、新たなワークピース層を作製するために次に処理されるべき素材粉末の層を表し得ることを銘記されたい。同様に、各粉末適用機器は、先に論じられた代替策の任意のものに従って構成され、すなわち、堆積領域上へと素材粉末を直接的に送出する一体的な貯蔵部を備えた粉末適用機器、及び／又は、別体的に送出された素材粉末を堆積領域上に分布させることでその上に新たな層を堆積する粉末適用機器として構成され得る。

これに関連して、同時という語句は、堆積領域上で同時に、但し、可能的にはそれの異なる複数の区域において動作している両方の粉末適用機器の意味において、時間的な重なり合いを表現し得る。詳細には、このことは、上側の素材粉末層を生成している各粉末適用機器の一方が、他方の粉末適用機器が下側の素材層の生成を完了する前に、堆積領域上への素材の投入を開始することを包含し得る。このことはまた、各粉末適用機器の動作の間に、堆積領域が少なくとも、素材粉末層を含まないか既に処理された層のみを含む第１区域と、各粉末適用機器の内の一台により生成された新たな下側の素材粉末層を含む第２区域と、下側の素材層に重ねて堆積された新たな上側の素材粉末層を含む第３区域とを備えて成り得ることも意味する。

装置の現在の動作状態に依存して、各区域のサイズ及び占有率は、変化すると共に、堆積領域の０％〜１００％の間における任意の領域占有率を呈し得ることを銘記されたい。但し、本発明は、少なくとも第２区域は、一定の時間長に亙り、０％とは異なる値、好適には、２％〜９８％、１０％〜８０％、２０％〜６０％、２％〜１０％、又は、５％〜２０％を呈することを企図する。このことは概略的に、各粉末適用機器の内の少なくとも一台の機器が自身の対応する素材粉末層の堆積を完了するまで、各機器による同時的な堆積の時的間隔全体に対して当てはまり得る。換言すると、各粉末適用機器がそれらの間において堆積領域の区画を囲繞する限りにおいて、（典型的には、前記で言及された第２区域に等しい）前記区画は常に、たとえば堆積領域の２０％〜６０％などの、前記各範囲のうちのひとつの範囲における値を取ることが企図される。

このことはまた、第１及び第２の粉末適用機器が、（少なくとも一時的に、及び／又は、所定の時的間隔に亙り、及び／又は、堆積領域の所定部分に沿い）、それらの間に堆積領域の区画を含みもしくは囲繞するために概略的に作用可能であり得ることも意味する。囲繞されるという語句は、各粉末適用機器が、堆積領域の対応する区画の両側に配置され、及び／又は、堆積領域の２つの異なる側部、好適には両側に沿い少なくとも部分的に延在することを指し得る。換言すると、各粉末適用機器間における堆積領域の区画は、堆積領域の少なくともひとつの空間的軸に沿って、又は、堆積領域に沿う各粉末適用機器の可能な移動方向に沿って視認されたときに、各粉末適用機器により囲繞され得る。区画は更に、各粉末適用機器の内の一台により生成された新たな下側の素材粉末層の少なくとも一部分、換言すると、前記に定義された堆積領域の第２区域の少なくとも一部分を含み得る。

各粉末適用機器は概略的に、公知の解決策に従って構成されると共に、たとえば、専用の複数の粉末再充填機器から素材粉末を夫々受容すべく適合化され得る。たとえば、各再充填機器は静止的であり得ると共に、各粉末適用機器は、所定の間隔で各再充填機器の上方もしくは下方を移動することで、それらから新たな粉末材料を受容し得る。更なる公知の概念に依れば、各粉末適用機器は、各機器内へと素材粉末が直接的に導入され得る様に、専用の供給ライン及び／又はノズルにより素材粉末を受容すべく構成され得る。

照射機器は更に、各粉末適用機器間の堆積領域の区画を照射すべく構成される。区画は、上述された堆積領域の囲繞された区画もしくは第２区域に対応し得ることから、同時に堆積されつつある新たな複数の素材粉末層の内の下側の粉末層の少なくとも一部分を含み得る。照射は更に、堆積領域上に自身の素材粉末を堆積している各粉末適用機器の内の少なくとも一台の粉末適用機器と並行して、好適には、これらの機器の両方による同時的な投入と並行して、行われ得る。故に全体的に、素材粉末の堆積、及び、その照射は、少なくとも部分的に並行して行われ得る。

故に本質的に、本発明者等は、ひとつの同一の堆積領域に対し、（たとえば、新たな素材粉末層の形成などの）補助的な処理に関する操作、及び、（たとえば、素材粉末層を照射することにより部位選択的に固化させ、換言すると、前記層を処理するという）基本的な処理に関する操作を同時に実施することにより、夫々の装置の生産性を高める新規な手法を発見した。詳細には、第１の下側の素材粉末層は、それに重ねて次続的な上側の素材粉末層を並行して形成し乍ら、照射機器により処理され得る。当然乍ら、このことは、第１の下側の材料粉末層の既に照射／処理された区画のみが、対応する次続的な上側の素材層により覆われることを包含し得る。全体的に、このことは、素材粉末層の処理を完了した後、その上には、更なる粉末適用機器を同時に動作させることにより次続的な（上側の）素材粉末層の少なくとも一部分が既に形成されていることを意味する。故に、照射機器は、相当な中断なしで、次続的なワークピース層の作製を継続し得る。

好適実施例に依れば、堆積領域に対し、各粉末適用機器は、相互から離間された形態で移動すべく構成される。好適には、堆積領域、及び／又は、キャリヤ全体が、少なくとも堆積領域の平面内で移動不能に構成される（たとえば、せいぜい、垂直には変位可能であるが、水平には変位不能とされ得る）。同様に、各粉末適用機器は、たとえば、堆積領域の２つの反対側の縁部区域の間を移動することにより、堆積領域に沿い、又は、それを踏破する相対運動を実施すべく構成され得る。好適には、この相対運動は、実質的に直線状の又は連続的に湾曲された行程に沿って行われる。全体的に、このことは、各粉末適用機器は、たとえば、相次いで、且つ、相互に対して一定のもしくは変化する距離にて、堆積領域に沿い、もしくは、それを踏破して移動し得ることを意味する。堆積領域に対する、特に、それに沿った、もしくは、それを踏破する各粉末適用機器の夫々の移動は、堆積領域に対する一定距離にて、すなわち、キャリヤに関して異なる高さレベルにて、且つ、それと物理接触なしでも行われ得ることを銘記されたい。故に、前記から明らかである如く、前記離間とは特に、堆積領域を踏破する各粉末適用機器の移動方向において存在し、及び／又は、移動経路に沿って存在する空間に関する。付加的又は代替的に、各機器間の空間は、堆積領域に対して所定角度にて延在する装置の（堆積軸とも称される）高さ軸に沿っても提供され得る。

概略的に、各粉末適用機器は（たとえば、先に論じられた如く一体的な粉末貯蔵部を備えて構成されたとき）、堆積領域に沿って移動し乍ら、素材粉末を実質的に連続的に堆積すべく構成され得る。同様に、それらは、それらの速度の如き、現在の移動パラメータに基づき、堆積される素材粉末の量を調節すべく構成され得る。そして更に、それらは、たとえば、先行する層の層形成及び／又は照射状態に依存し、一定の又は変化する速度における連続様式で、又は、離散的段階にて、堆積領域に沿って移動され得る。先行するという語句は、この関連において、移動方向、及び／又は、前記方向において移動されつつある順序において視認されたとき、他の粉末適用機器に先行する機器に関連し得ることを銘記されたい。同様に、この語句は、各粉末適用機器により形成された一連の層に関し、たとえば、最下位の層は第１層を形成することから、追随する各層の各々に先行する。

照射機器は更に、複数の素材粉末層の内の下側のものの堆積が完了する前に、各粉末適用機器間の区画を照射すべく構成され得る。この場合、完了という語句は、堆積領域の全体を（特に所定厚みを以て）覆うために素材粉末層を形成することに関し得る。先に説明された如く、これは、キャリヤ上に既に存在するワークピース層又は素材層上に素材を堆積し（すなわち、堆積される素材はキャリヤに対して直接的に接触せず）、堆積される素材は依然としてキャリヤの一定の表面に沿い又はそれに平行に延在することで堆積領域を覆うという段階も包含し得る。同様に、照射機器は、上側層が形成されるのと同時に、及び／又は、それに先立ち、下側層の照射を開始することで、その後に、好適には、同時的な粉末堆積の間に照射を継続し得る。

故に、（たとえば、第１の機器のみが素材粉末の堆積を開始すると共に、第２の機器は堆積領域の外側における非堆積の待機位置に留まりつつある後で）照射は概略的に、両方の粉末適用機器が堆積領域上に素材粉末を同時に堆積する前に、開始され得る。但し、好適には、粉末堆積の過程の間に、各機器は少なくとも一時的に、それらの間に、その後に照射され得る堆積領域の区画を局限し得ることが企図される。

更なる見地において、各粉末適用機器は、一定速度、特に、相互に対して一定の相対速度にて移動すべく構成される。このことは、たとえば、堆積領域上への同時的な素材粉末の堆積の少なくとも一部の期間の間又は期間全体に対し、少なくとも一時的に有効であり得る。夫々の速度値は、事前設定され得るか、又は、与えられるか観測された処理及び／又はワークピースのパラメータに基づいて決定され得る。各速度値はまた、完全なワークピースの作製に対し、又は、少なくとも所定数の素材粉末層に対し、一定であるようにも設定され得る。更に、相対速度は、各粉末適用機器間における堆積領域の前記区画のサイズが実質的に一定に維持され得る如く、略々ゼロに設定され得る。

概略的には、各粉末適用機器を、（たとえば上述の一定の相対速度により）同期的に、又は、（たとえば、変化する相対速度により、もしくは、たとえば個別的な駆動ユニットの助力により各粉末適用機器の移動を概略的に相互に独立的に制御することにより）非同期的に移動させ得ることを銘記されたい。

ひとつの変形例に依れば、各粉末適用機器の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動は、先行する素材粉末層の照射パラメータに基づいて制御される。照射パラメータは、先行する素材粉末層の照射範囲（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ）及び／又は照射進度（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓ）を備えて成り得る。照射範囲は、たとえば、照射されるべき部位の個数、又は、素材粉末層から作製されるべきワークピース層の表面積などの、先行層の処理に必要な照射の範囲に関連し得る。この情報は、特に、粉末適用機器により現在生成されつつある素材粉末層の所定の堆積高さ及び／又は詳細に対して、事前記憶され得る。同様に、それは、進行中の作製の間において、又は、それは、たとえばＣＡＤデータから導かれる処理及び／又はワークピースのパラメータから、それの準備において、導かれ得る。同様に、照射進度は、先行層に対して既に照射／処理された部位の占有率又はワークピース表面積に関連し得る。再び、この情報は、たとえば、照射機器の動作を観測及び／又は記録して作製の間に導かれるか、又は、たとえばＣＡＤデータから、それの準備において導かれ得る。

概略的に、もし、先行層が大きな照射範囲を必要とすること、又は、照射進度が低速である（又は、そうであると予期され得る）ことが決定されたなら、粉末適用機器の移動も減速され得る。他方、減少された照射範囲又は迅速な進度が観測もしくは予期されるなら、移動速度は相応に増大され得る。

先行層は、対応する粉末適用機器により作製される層に対して直接的に先行する素材粉末層（すなわち、粉末適用機器が更なる素材粉末を層上に堆積するという層）により形成されることを銘記されたい。但し、先行層は、まだ十分に照射かつ処理されてはいない他の一切の先行層によっても形成され得る。

更なる実施例に依れば、各粉末適用機器の高さ位置は、堆積領域に関して調節可能である。前記高さは概略的に、キャリヤ及び堆積領域に対して所定角度にて、且つ、好適にはそれらに対して実質的に直交して、延在する高さ軸に沿う位置に関連し得る。従って、高さ軸は、装置の垂直及び／又は堆積軸を定義し得る。更に、各粉末適用機器は、高さ軸に沿って移動可能であるべく構成され得ると共に、好適には、各粉末適用機器の高さレベルは、個別的に調節され得る。これに関連して、キャリヤは所定高さに固定され得ると共に、ワークピースの層形式構成を作製するために必要とされる移動は、各粉末適用機器により実施され得ることを銘記されたい。代替的に、キャリヤは、たとえば、高さ軸に沿い垂直下方に移動可能であり得る。この場合、各粉末適用機器は、キャリヤ移動に追随すべく構成され得るが、好適には、それから独立して高さ軸に沿って移動可能でもある。

概略的に、各粉末適用機器の高さ調節は、個別的に、且つ、相互から独立して実施され得る。たとえば、その上に、新たな層が粉末適用機器により現在堆積されている先行する素材粉末層において（たとえばカメラ・センサにより）エラーが検出された場合、対応する機器は、その新たな層の作製を停止すると共に、前方に位置する前記エラーの修正を試行し得る。たとえば、機器は、前記エラー的な層の高さレベルまで降下されると共に、それを平滑化して前記エラーを除去することを試行し得る。それに続き、それは再び揚動され、今や平滑化された下側層に重ねて、自身の新たな最上位層を堆積し得る。

照射機器、及び／又は、それにより発せられた放射線ビームは更に、各粉末適用機器の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動に基づいて移動可能であり得る。換言すると、照射機器又は放射線ビームの移動は、各粉末適用機器の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動に従い、又は、それに応じて制御され得る。別様に表現すると、照射機器及び／又は放射線ビームは、各粉末適用機器により囲繞された堆積領域の区画の位置に基づいて移動され得る。

概略的に、照射機器及び／又は放射線ビームは、各粉末適用機器間における堆積領域の区画を常に照射し得るべく制御され得る。その様にするために、照射機器（及び／又は放射線ビーム）は、前記区画に対して所定の相対位置を取るべく移動され得る（たとえば、前記区画に対して常に実質的に対向して位置され、及び／又は、堆積領域に沿う各粉末適用機器の移動方向に沿って移動可能である）。代替的に、照射機器は、静止的であるか、又は、僅かな量だけ移動可能であり得ると共に、放射線ビームは、たとえば適切なスキャナ又は偏向機器により移動され得る。これらの発展例は特に、両方の粉末適用機器が堆積領域に沿って移動することから、（比喩的に述べると）同様に堆積領域に沿って進行する区画を囲繞するという実施例において有用である。照射機器及び／又は放射線ビームを前記様式で移動させることにより、前記進行する区画の照射は確実に達成され得る。

装置は概略的に、たとえば前記で論じられた如く移動可能であるか、実質的に静止的であり得る複数台の照射機器を備えて成り得る。同様に、装置は、移動可能な照射機器及び静止的な照射機器の両方を備えて成り得る。複数台の実質的に静止的な照射機器の場合、これらは、好適には実質的にそれらの下方である、堆積領域の所定の照射区画を照射すべく構成され得る。同様に、斯かる複数台の静止的な照射機器の近傍の夫々の照射区画は、重なり合うことで、堆積領域の十分な照射を確実とし得る。更なる見地において、装置は、第３の粉末適用機器を更に備えて成り、第１、第２及び第３の粉末適用機器は、それらが、それらの間に堆積領域の第１及び第２の区画を囲繞する如き様式で、同一の堆積領域上に素材粉末を同時に堆積すべく構成される。詳細には、堆積領域の第１区画は、第１及び第２の粉末適用機器の間に配置され得るが、堆積領域の第２区画は、第２及び第３の粉末適用機器の間に配置され得る。更に、第１、第２及び第３の粉末適用機器は、順次的様式で、別様に表現すると、相次いで、且つ、相互に対して一定距離にて、堆積領域に沿って移動し得る。これに関連して、少なくともひとつの時点の間において、及び／又は、一定の所定の時的間隔もしくは進行距離に対し、第１、第２及び第３の粉末適用機器は、堆積領域上に、それの第１及び第２区画を囲繞し乍ら、素材を同時に堆積し得る。更に、第３の粉末適用機器は概略的に、第２の粉末適用機器により生成された層に重ねて素材粉末層を堆積すべく構成され得る。故に、この実施例に依れば、堆積領域は、同時に且つ相互に重ねて形成されつつある一連の３つの素材層を（少なくとも一時的に）含み得る。再び、囲繞された区画の少なくとも一方、好適には両方が、少なくとも一時的に照射されることが企図される。これに加え、且つ、特に、それと並行して、照射は、たとえば、堆積領域に沿う移動方向において視認されたときに、夫々の第１及び第２の粉末適用機器の背後など、それらの外側にても行われ得る。すなわち、概略的には、粉末適用機器の内の２台の粉末適用機器により囲繞されない堆積領域の区画が在り得ると共に、区画も選択的に照射されることで、装置の生産性を高め得る。

概略的に、たとえば、第４、第５又は第６の粉末適用機器を含めることにより、任意の複数台の粉末適用機器を配備することが想起可能であることを銘記されたい。前記と同様に、これらは、直接的に先行する層に重ねて、素材粉末の新たな層を生成し得る。概略的に、生産性は、複数台の粉末適用機器の内の少なくとも２台、好適には、複数台の内の少なくとも３台又は４台により、堆積領域上に素材粉末を（少なくとも一時的に）同時に堆積するならば、高められ得る。このことは、複数台の粉末適用機器の全てが堆積領域に対して素材粉末を同時に適用することは必須でないことを意味する。寧ろ、以下に詳述される如く、各粉末適用機器の内の幾つかが堆積領域の開始区域に戻り移動されて、残りの機器が堆積領域上で同時に動作し乍ら、循環的動作を確実とし得る。故に、好適実施例に依れば、装置は、少なくとも２台の粉末適用機器は堆積領域上に素材粉末を作動的かつ同時的に堆積するが、第３の、又は、任意の更なる粉末適用機器は、たとえば、開始区域までの戻り移動の故に、素材粉末の堆積に関して非作動的であり得る如く構成され得る。

概略的に、照射機器は、堆積領域の第１及び第２の区画の両方を順次的又は交互的に照射すべく構成され得る。代替的に、又は、これに加え、装置は、第２の照射機器を更に備えて成り得、第１照射機器は、堆積領域の少なくとも第１区画を照射すべく構成され、且つ、第２照射機器は、堆積領域の少なくとも第２区画を照射すべく構成される。概略的に、このことは、複数台の粉末適用機器の間における各区画には、自身の照射機器が割当てられ得ることを意味する。同様に、複数台の照射機器、及び／又は、それらにより生成される放射線ビームの少なくとも幾つかは、たとえば、各照射機器を堆積領域に沿って移動させて、夫々に割当てられて囲繞された区画に対して実質的に対向したままであることにより、上述された様式で移動可能とされ得る。代替的に、第１及び第２の照射機器は、実質的に静止的であり得ると共に、前記で論じられた如く、好適には、堆積領域の重なり合う所定の照射区画を照射し得る。この場合、一方の照射機器は概略的に、各粉末適用機器の移動に従い、囲繞された第１及び第２の区画の両方が、堆積領域に沿い、且つ、夫々の照射区画を通り進行するにつれ、これらの第１及び第２区画を照射すべく構成され得る。

複数台の照射機器はまた、レーザの如き、共通の焼結／溶融用の放射線源に対して接続もされ得ることを銘記されたい。この場合、各照射機器は、堆積領域上へと放射線ビームを発し且つ／又は導向する個々の光学ユニットを備えて成り得る。光学ユニットは、光ファイバにより共通の照射源に対して接続され得、且つ／又は、放射線ビームを堆積領域の選択部位へと導向するスキャナ・ユニットを備えて成り得る。

各粉末適用機器は更に、素材粉末層を生成し乍ら、堆積領域の開始区域から終了区域まで移動すべく構成され得、終了区域に到達した後、各粉末適用機器は、開始区域に戻り移動すべく構成される。この様にして、装置の実質的に循環的な動作、特に、素材粉末層の循環的形成プロセスが達成され得る。換言すると、開始区域から終了区域まで移動して、好適には、移動の間に素材粉末を連続的に堆積した後、夫々の素材粉末層の形成は、完了可能とされている。従って、各粉末適用機器は、（好適には、非堆積状態にあり、及び／又は、堆積領域から離間した）それらの開始区域まで戻り移動されて、新たな素材粉末層の形成を開始し得、これは、全体的に循環的な動作に帰着し得る。

夫々の循環的動作の間、実質的に常に、複数台の粉末適用機器の内の少なくとも２台が堆積領域上で動作する如く、各粉末適用機器の移動を制御することが概略的に企図され得ることを銘記されたい。このことは特に、第３の粉末適用機器が開始区域へと戻り移動する間でさえも、常に、少なくとも２台の粉末適用機器を同時に堆積領域上に維持することを許容する少なくとも３台の粉末適用機器を配備するならば、適切である。

これに関連して、各粉末適用機器及び／又は堆積領域の高さ位置は、開始区域に再配置された後、各粉末適用機器が、一連の層の最上位の層に重ねて更なる素材粉末層を堆積し得る如き様式で、調節可能であり得る。最上位層は、典型的に、その形成が、各粉末適用機器の内の一台により最も最近に開始された層に対応する。

従って、再配置され／戻り移動された粉末適用機器の高さ位置は、新たな素材粉末層を形成するに先立ち、調節され得る。特に、各粉末適用機器は、（たとえば、高さ軸に沿って上方に移動すると共に、堆積領域は静止的なままであるか、下方に移動することにより）堆積領域に対して相対的に揚動され得る。相対的な高さ調節の総量は、好適には、対応する戻り移動された粉末適用機器により完成されたばかりの層を含め、少なくともそれまでに生成が開始された各素材粉末層の厚みの合計に対応し得る。従って、相対的な高さ調節の総量は、堆積領域に沿う先の移動の間において粉末適用機器により生成された自身の層の厚みと、それと並行して、夫々の他の機器により少なくとも部分的に生成された各層の厚みとに対応し得る。このことは、任意の複数台の粉末適用機器の場合にも当てはまり、その場合、堆積領域に沿う一台の粉末適用機器の更なる移動に先立ち、粉末適用機器及び／又は堆積領域の高さ位置は、機器の先の移動サイクルと比較して、既に付加された、又は、付加されつつある素材粉末層に関して、調節され得る。高さ調節を実施する厳密な時点は、任意であるが、好適には、各粉末適用機器を、開始区域に位置させ、又は、その近傍に位置させて、実施されることを銘記されたい。

終了区域に到達した後、各粉末適用機器は、以下の内の少なくともひとつに従って堆積領域に対して移動可能である：堆積領域に対するそれらの高さを調節する、堆積領域に関して側方に移動する、及び、実質的に環状の経路に沿って移動する。相対的な高さ調節は特に、各粉末適用機器が、現在生成されている素材粉末層の上方もしくは下方であり、且つ／又は、堆積領域上に位置されている任意の更なる粉末適用機器の上方もしくは下方である様に、実施され得る。

これに関連して、各粉末適用機器の移動は、夫々の方向において厳密に行われる必要なしで、少なくとも、夫々の（たとえば垂直の）高さ調節方向、及び／又は、側方のベクトル成分を備えて成り得る。側方という語句は概略的に、堆積領域に対して平行であるかそれを含む平面内であるが、領域から離間する方向を指向する（たとえば、堆積領域に沿う各粉末適用機器の移動方向に対して所定角度にて延在する）移動に関連し得る。相応に移動された後、各粉末適用機器は、前記で論じられた如く、開始区域への戻り移動を実施し得る。このことは、堆積領域に沿って完了されたばかりの層堆積移動と比較して、実質的に平行な移動堆積軸に沿って行われ得る。開始区域に近づくと、各粉末適用機器は、そのとき、終了区域における側方への、及び／又は、高さ調節の移動と比較して逆に向けられた移動を実施することで、再び開始区域に到達し得る（すなわち、全体的なループ又はサイクル形式の移動を実施し得る）。全体的に、これは、環状経路に沿うループ形式の移動に帰着し得る。環状経路は、堆積領域を実質的に踏破し且つ好適にはそれに対して直交して延在する平面内にもしくは平面により、又は、堆積領域に対して実質的に平行に延在する平面により画成され得る。後者の場合、各粉末適用機器は、（たとえば、中央周回軸を実質的に環状経路の中心に配置することにより）堆積領域と、複数台の単一粉末適用機器とから離間した軸の回りを周回し得る。

概略的に、各粉末適用機器は、夫々の移動を実施する個別的な駆動及び／又は案内システムを備えるか、それに対して接続可能であり得る。一実施例に依れば、各粉末適用機器の少なくとも一台は、開始区域及び終了区域を接続する無限軌道に沿って案内される。斯かる無限軌道は、たとえば、配管製造に対する移動式金型トンネル、又は、エスカレータの複数の案内用単独段部から知られる。

これに関連して、粉末適用機器の少なくとも一台、及び、好適には各々が、作動的な粉末堆積状態においては第１軌道区画により堆積領域に沿って案内され得ると共に、非作動的な非堆積状態においては第２軌道区画に沿って開始区域まで戻り案内され得る。第１及び第２の軌道区画は、丸み付けられた、又は、角度付けられた中間区画により接続されると共に、好適には、相互に対して実質的に平行に延在し得る。粉末適用機器の各々は、無限軌道の回りに延在する被動チェーンの如き共通の駆動システムに対して接続され得ることを銘記されたい。代替的に、各粉末適用機器は、無限軌道により案内される複数の被動ローラの如き、独立的な駆動システムを備えて成り得る。

更なる実施例に依れば、各粉末適用機器は、堆積領域に対して所定角度にて延在する共通の周回軸の回りを周回すべく構成される。好適には、周回軸は、実質的に堆積領域に対して直交して延在する。同様に、周回軸は、堆積領域と交錯し得る（すなわち、それから離間しては配置されない）。各粉末適用機器は、周回軸に沿って移動されることで、堆積領域に対して高さ調節可能であり得る。その様にするために、各粉末適用機器が接続される中央部材であって、好適には各機器が中央部材の長手軸に沿う夫々の高さ調節移動に対して案内されるという中央部材が配備され得る。各粉末適用機器は、それらの縁部区域において中央部材に対して接続され得ると共に、中央部材は、長寸の円筒状本体を備えて成り得る。これは、堆積領域の上方に、それに重ねて、又は、概略的にそれと対向して配置された全体的に外輪形式の構成に帰着し得る。

これに関連して、中央部材は、各粉末適用機器をキャリヤに対して３６０°の角度範囲（すなわち、０°〜３６０°までの移動に対応する完全周回）に亙り周回させ得る（それに続き、０°からの同一方向の更なる周回が開始される）。再び、キャリヤ上には、少なくともひとつの堆積領域が配備され得ると共に、領域は、たとえば、約１２０°の範囲に亙り延在（たとえば、角度範囲の３０°〜１５０°の間で延在）し得る。ひとつの発展例において、好適には、キャリヤ上で等しい角度範囲を覆い、及び／又は、等しい角度量だけ離間される２つの堆積領域が配備される（たとえば、堆積領域は各々、１２０°の角度範囲を覆うと共に、６０°の範囲を備えた非堆積領域により離間される）。

前記の周回的に駆動される実施例に関し、堆積領域に沿って移動されるとき、（周回運動方向において視認されたときに）第１の粉末適用機器は下側の第１の素材粉末層を生成し、且つ、第２の（高位の）粉末適用機器は、第１層に重ねて第２の素材粉末層を生成する如く、各粉末適用機器は、周回の間において異なる高さ位置を取り得る。

これに関連して、各粉末適用機器は再び、堆積領域に沿って移動されるときに素材粉末を堆積する自身の粉末貯蔵部を備え得ることを銘記されたい（上述の欧州公開特許ＥＰ２８１８３０５Ａ１を参照）。付加的もしくは代替的に、好適には堆積領域として使用されないキャリヤの領域の上方に、別体的で好適には静止的な粉末貯蔵部が配備され得る。この様にして、粉末は、キャリヤ上に選択的に解放かつ送出されてから、接近する粉末適用機器により、新たな素材粉末層を形成するために、近傍の堆積領域上へと押し進められると共に、その上に分布される。その様にするために、粉末分布機器は、堆積領域に臨む適切な唇部もしくはブレード構造を備えて成り得る。

更に、前記の周回的に駆動される実施例に関し、照射機器、又は、それにより発せられる放射線ビームは、再び、粉末適用機器同士の間の堆積領域の区画を確実に照射するために、たとえば、各適用機器の内の少なくとも一台に従って移動可能であり得る。

これに加え、ひとつの同一の堆積領域の終了区域から開始区域まで戻り周回されたなら、夫々の粉末適用機器の高さ位置は、前記と同様に、それまでに付加された素材粉末層に鑑みて、再び調節され得る。このことは、典型的には周回軸と一致する中央部材の長手軸に沿って粉末適用機器を移動させることにより達成され得る。

本発明は更に、３次元ワークピースを作製する装置であって、装置は、素材粉末を受容するキャリヤと、素材粉末で構成されたワークピースを積層構造作製方法により作製するためにキャリヤの少なくともひとつの堆積領域上に堆積されつつある素材粉末上に電磁又は粒子放射線ビームを選択的に照射する少なくとも第１の照射機器と、少なくとも第１及び第２の粉末適用機器とを備える、という装置を操作する方法に関する。方法は、同一の堆積領域上に同時に素材粉末を堆積することで一連の素材粉末層を相互に重ねて生成すべく第１及び第２の粉末適用機器を操作する段階と、各粉末適用機器間における堆積領域の区画を照射する段階とを備える。

再び、前記の同時的な堆積は、少なくとも一時的に、及び／又は、各粉末適用機器の所定の時的間隔もしくは進行距離に亙り、提供され得る。同様に、堆積領域の囲繞された区画の照射は、少なくとも部分的に、前記同時的堆積と並行して行われ得る。更に、本発明に係る方法は概略的に、前記機能及び効果の内の任意のものを提供すると共に、前記で論じられた装置の動作状態及び制御作用の内の任意のものを実現し、特に、上述された各粉末適用機器の移動の内の任意のものを実施する任意の付加的な段階を包含し得る。このことは、本方法において対応する段階として含まれ得る単一台もしくは複数台の照射機器及び／又は単一本もしくは複数本の放射線ビームの可能な移動にも当てはまる。再び、（たとえば、第１の機器のみが素材粉末の堆積を開始すると共に、第２の機器は堆積領域の外側における非堆積の待機位置に留まりつつある後で）照射もまた、両方の粉末適用機器が堆積領域上に素材粉末を同時に堆積する前に、開始され得ることを銘記されたい。但し、前記方法は、粉末堆積の過程の間、各機器は少なくとも一時的に、それらの間に、そのときに照射され得る堆積領域の区画を局限し得ることを企図している。

本発明の好適実施例は、添付の概略図を参照して以下に相当に詳細に説明される。

第１実施例に係る装置の動作順序を示す図である。 第１実施例と同様な循環的動作を確実とする無限軌道システムの例を示す図である。

図１ａにおいては、第１実施例に係る装置１０が、概略的に表現されると共に、概略的に側方視点から示される。装置１０は、上側の平坦で矩形状の表面１４を有するキャリヤ１２を備える。長さＬを有する表面１４の所定割合部分は、自身上に素材粉末１８が堆積されるべき指定堆積領域１６を表す。素材粉末１８からは、それ自体が公知の選択的レーザ溶融法に従い、ワークピースが最終的に形成される。

堆積領域１６の長さＬは、キャリヤ１２の平坦表面１４の全体的長さＣより小さいが、それと等しくもされ得ることを銘記されたい。これに加え、Ｙ軸に沿う堆積領域１６の不図示の奥行は、キャリヤ１２の奥行に等しいが、たとえば、作製されるべきワークピースのサイズ及び／又は層数に依存して、キャリヤ１２の奥行より小さくもされ得る。更に、この図において、描かれた全体的に矩形のブロック型の形状を維持するために、堆積された素材粉末１８を支持する側壁の如き公知の構造は省略される。

装置１０は、概略的に公知例に従い構成された４台の粉末適用機器２０を備える。詳細には、各粉末適用機器２０は、堆積領域１６上へと粉末を直接的に送出する一体的な粉末貯蔵部を備える。但し、先に論じられた如く、各粉末適用機器２０は、別体的に送出された素材粉末を堆積領域上に分布させることにより、前記堆積領域上に粉末を堆積して新たな層を形成することが等しく想起され得る。図１ａにおいて矢印Ｍにより表された如く、各粉末適用機器２０は、堆積領域１６の長さＬに沿い、故に、装置１０のＸ軸又は水平軸に沿って移動する。詳細には、各粉末適用機器２０は、Ｘ軸に沿う直線移動において、（左側の）開始区域２２から（右側の）終了区域２４まで移動する。この移動の間、それらは素材粉末１８を堆積領域１６の上方に、故にその領域上に連続的に堆積することにより、各々が等しい厚みＴを有する複数の素材粉末層を相互に重ねて形成する（図１ｂにおける厚みＴを参照）。

図１ａから更に理解され得る如く、各粉末適用機器２０は、概略的に、装置１０の（堆積軸とも称される）Ｚ軸又は垂直軸に沿う異なる高さ位置に配置される。詳細には、図１ａにおいて最右側の粉末適用機器２０（又は、別様に表現すると、移動方向Ｍにおいて最大距離に亙り移動された粉末適用機器２０）は、高さ軸Ｚに沿う最低位の粉末適用機器２０を表す。先行する各粉末適用機器の夫々の高さ位置は、移動方向Ｍに対して視認されたとき、一台毎に連続的に増大する。従って、図１ａにおいて最左側の粉末適用機器２０、換言すると、移動方向Ｍにおいて最も移動が少ない粉末適用機器２０は、最高位の位置を呈する。故に全体的に、各粉末適用機器２０は、高さ軸Ｚに沿い、直近のものから、層厚みＴに等しい距離だけ離間される。

図１ａから更に明らかである如く、各粉末適用機器２０は、Ｘ軸に沿っても相互から離間される。本例において、このことは、粉末適用機器２０の各々を移動方向Ｍにおいて同一速度を以て移動させることにより達成されるが、開始区域２２から前記移動を開始する時点は相互に異なる。更に詳細には、図１ａの最右側の粉末適用機器２０の移動が最初に開始されてから、次続的な各粉末適用機器２０の移動を、順次的に、且つ、所定の時的間隔後に開始させる。

要約すると、高さ軸Ｚに沿い分布され乍ら堆積領域１６に沿うというこの離間された移動は、全ての４台の粉末適用機器２０が堆積領域１６上に素材粉末１８を同時に堆積する結果となり、粉末適用機器２０の各々は、自身の素材粉末１８を、直接的に先行する機器２０の素材粉末１８上に堆積する。これは、図１ａに描かれた段階形式の素材粉末層の形成に帰着する。

前記図において、装置１０はすでに一定時間に亙り動作されていることを銘記されたい。不図示の動作の開始時に、全ての粉末適用機器２０は、開始区域２２（所謂る待機位置）において、前後に並べて整列される。それに続き、図１ａの最右側の粉末適用機器２０（又は、概略的に、待機位置において堆積領域１６に最も接近して配置された粉末適用機器２０）の移動が最初に開始される。前記粉末適用機器２０は、その後、終了区域２４まで移動し乍ら、キャリヤ１２上に直接的に素材粉末１８の第１の最下位の層を形成する（例示目的で、この最下位領域は線影が付されていることを銘記されたい）。それに続き、次続的な粉末適用機器２０は、前記先行粉末適用機器２０により形成された層に重ねて、素材粉末層を形成する。これに関連し、先行するという語句は、移動方向Ｍに沿う各粉末適用機器２０の位置、ならびに、前記方向において移動される順序に関する。同様に、この語句は、各粉末適用機器２０により形成される一連の層に関し、最下位の層は第１層を形成することから、次続的な層の各々に先行する。

その様にすることにより、描かれた一連の素材粉末層が形成される。図１ａにおいては、最右側の粉末適用機器２０のみが、終了区域２４に到達することにより、自身の素材粉末層の形成を完了している。以下の各図から明らかである如く、残りの粉末適用機器は等しく終了区域２４まで移動することから、もたらされた一連の素材粉末層は概略的に、堆積領域１６に一致すると共に、その高さに関して連続的に増大する。

以下においては、当該素材粉末層から複数の単一ワークピース層を作製するという各素材粉末層の照射が考察される。図１ａにおいて示された如く、堆積領域１６に沿い同時に移動するときに、各粉末適用機器２０は、相互間における堆積領域１６の区画Ｓ１〜Ｓ４を囲繞する。前記区画Ｓ１〜Ｓ４は、概略的に矩形に形状化されると共に、隣り合う２台の粉末適用機器２０の対向する長辺であってＹ方向に延在するという長辺に沿い、粉末適用機器により囲繞される。堆積領域１６に沿う各粉末適用機器２０の移動の故に、前記区画Ｓ１〜Ｓ４もまた（比喩的に述べると）、移動方向Ｍにおいて堆積領域１６に沿い移動する。

図１ａに示された状態において、最左側の粉末適用機器２０に対し、次続的な粉末適用機器２０は存在しないことを銘記されたい。但し、以下に詳述される如く、すでに終了区域２４に到達した最右側の粉末適用機器２０は、循環的な層形成動作を確実とするために、開始区域２２へと戻り移動される。故に、開始区域２２までの戻り移動が完了されると直ちに夫々の粉末適用機器２０により囲繞される区画Ｓ４は、すでに破線矢印に表されている。

装置１０は、各々が、囲繞された区画Ｓ１〜Ｓ４のひとつに対して割当てられてそれのために配備された４台の照射機器２６を備える。各照射機器２６は、それ自体が公知様式で構成されると共に、各々、夫々の区画Ｓ１〜Ｓ４における最上位の外部露出された層の素材粉末１８を部位選択的に溶融させるレーザ・ビームＢを発する。

本例において、各照射機器２６は、キャリヤ１２のＸ軸に沿い且つ全長Ｘに沿い移動可能に構成される（図１ａにおける夫々の矢印を参照）。更に、それらは、それらが衝突なしに相互を通過移動し得る様に、Ｙ軸に沿って相互から離間される。故に、それらは、各粉末適用機器２０と、それらが個別的に割当てられた囲繞区画Ｓ１〜Ｓ４との移動を追尾し得る。

更に詳細には、各照射機器２６は、各粉末適用機器２０の速度に等しい一定速度にて移動可能であることから、常に、各機器２０により囲繞された対応する区画Ｓ１〜Ｓ４に対して実質的に対向して配置され得る。同時に、各照射機器２６は、関連付けられた区画Ｓ１〜Ｓ４内の一切の所望部位を照射するために、発せられた光線ＢをＹ軸及びＸ軸に関して偏向させるスキャナ・ユニットを備える。この様にして、前記区画Ｓ１〜Ｓ４における素材粉末１８の選択的レーザ溶融が実施され得る。光線Ｂの移動可能性は、図１ａにおいて、各照射機器２６の内のひとつに対する対応角度Ｗにより概略的に表される。

要約すると、このことは、各照射機器２６が、（移動方向Ｍにおいて視認されたときに）直接的に先行する粉末適用機器２０により生成された素材粉末層を照射することも意味する。更に厳密には、最右側の照射機器２６は、最右側の粉末適用機器２０により形成された素材粉末層を含む区画Ｓ１を照射する。同様に、（移動方向Ｍにおいて視認されたときに）最後のものに続く照射機器２６は、最後から２番目の粉末適用機器２０により形成された素材粉末層を含む区画Ｓ２を照射し、以下同様である。

更に、本例において、各照射機器２６及び各粉末適用機器２０の移動は、先行する下側の素材層が、その上に次続的な上側の素材粉末層が新たに堆積されるに先立ち、すでに照射されていることを常に確実とするように制御される。たとえば、もし、上述の不図示の待機位置から作製を開始するなら、図１ａの最右側の粉末適用機器２０は、移動方向Ｍに移動され、且つ、堆積領域１６の区域においてキャリヤ１２上へと直接的に最下位の素材粉末層を堆積する。関連付けられた最右側の照射機器２６は、開始区域２２に接近して配置されると共に、直ちに前記層を照射し始める。このことは、同時的に放射線ビームＢを適切に偏向させ乍ら、移動方向Ｍにおける照射機器２６全体としての連携調整された移動により達成される。開始区域２２から開始する最下位の素材粉末層の少なくとも第１の部分がすでに照射された後においてのみ、次続的な粉末適用機器２０が、堆積領域１６に沿う自身の移動を開始する。従って、更なる素材粉末層は、すでに照射された先行する下側の層のそれらの区域に重ねてのみ堆積される。同様に、図１ａの場合、最左側の照射機器２６は、最左側の粉末適用機器２０により形成された層の照射をすでに開始していることから、その上に、新たな素材層が堆積され得る。

与えられた例に対する代替策として、各照射機器２６は、静止的とされ、各々が、実質的にそれらの直下に配置された堆積領域１６の囲繞区画Ｓ１〜Ｓ４を照射もし得ることを銘記されたい。故に、各照射機器２６は、堆積領域１６の所定の照射区画を照射すべく構成され得、その場合、隣接する各照射区画は重なり合うことで、完全な堆積領域１６が確実に照射され得ることを確実とし得る。この場合、夫々の区画Ｓ１〜Ｓ４は、囲繞する各粉末適用機器２０が堆積領域１６に沿い移動するにつれ、照射機器２６の各々により順次的に照射される。換言すると、区画Ｓ１〜Ｓ４が、堆積領域１６に沿い、且つ、各照射機器２６の個々の照射区画を通り進行するにつれ、区画Ｓ１〜Ｓ４の照射は、ひとつの照射機器２６から次の照射機器へと順送りされる。これに関連して、公知のスキャナ・ユニットにより発せられた光線の移動可能性／偏向可能性は、特に有用であり得る。

概略的に、粉末適用機器２０自体の偶発的な照射を回避するために、夫々の粉末適用機器２０が（静止的であるか移動可能である）照射機器２６の下方を通過するなら、照射は一時的に中断され得る。たとえば、照射は、粉末適用機器２０が、照射機器２６の実質的に直下に、又は、それに対向して配置されるならば、抑止され得る。概略的に、各粉末適用機器２０は、堆積領域１６に沿い実質的に連続的に移動し得るか、又は、各適用機器は、たとえば、複数台の静止的な照射機器２６の場合、ひとつの照射区画から隣接する区画まで通過するときに、それらの移動を短時間だけ中断することにより、段階的様式で移動し得る。

以下においては図１ｂ乃至図１ｅを参照し、装置１０の循環的動作、及び、特に、素材粉末層の循環的形成が記述される。先に論じられた如く、図１ａに示された状態において、最右側の粉末適用機器２０は、自身の素材粉末層の形成を完了し、終了区域２４に到達している。それに続き、この粉末適用機器２０は、開始区域２２へと戻り移動し、且つ、（たとえば、図２及び図３に関して以下に論じられる無限軌道システムにより）図１ｂに示された位置を取る。

図１ｂに示された如く、再び開始区域２２に到達したとき、戻り移動された粉末適用機器２０は、終了区域２４におけるのと同一の高さ位置（すなわち、最下位の素材粉末層を作製する図１ａにおけるのと同一の高さ位置）を取る。但し、それまでに、残りの３台の粉末適用機器２０は、それらの夫々の更なる層を堆積領域１６上に堆積し始めていることから、戻り移動された粉末適用機器２０は、堆積された素材１８の最上位の外側表面Ｓに到達するために、高さ軸Ｚに沿って揚動される必要がある（図１ｂにおける部分的拡大図を参照）。

但し、まず最初にキャリヤ１２は全体として、高さ軸Ｚに沿い、単一の層厚みＴの量だけ垂直下方に移動される（注意：本例において、各素材粉末層は、堆積領域１６上で同一の厚みＴを以て形成される）。同時に、現在において堆積領域１６上に素材粉末１８を堆積している粉末適用機器２０の各々は等しく、同一量だけ垂直下方に移動される。このことは、図１ｂにおいて矢印Ｄにより対応して示される。

故に、図１ｃに示された如く、戻り移動された粉末適用機器２０は、堆積領域１６と、その上に堆積された各素材粉末層とに対して相対的に、ひとつの層厚みＴと同一の量だけ、上方に揚動される（図１ｃにおける矢印Ｕ、及び、部分的拡大図を参照）。

故に、図１ｄにおける部分的拡大図から明らかである如く、戻り移動された粉末適用機器２０の依然として必要な高さ調節は、それまでに少なくとも部分的に生成された素材粉末層の各々の付加厚みに達する。故に、戻り移動された粉末適用機器２０は、堆積領域１６に対し、層厚みＴの３倍の量だけ、上方に更に移動されねばならない。故に、全体として、戻り移動された粉末適用機器２０と堆積領域１６との間における相対的な高さ調節は、層厚みＴの４倍に達する。

故に、図１ｄに示された如く、戻り移動された粉末適用機器２０は、その形成が最も最近に開始された最上位の素材粉末層の上方に配置されると共に、それから、ひとつの層厚みＴの量だけ離間される。従って、移動方向Ｍにおいて終了区域２４に向けて再び移動されるとき、前記粉末適用機器２０は、それまでに堆積された各層に重ねて、新たな最上位の素材粉末層を堆積し得る。

夫々の粉末適用機器２０を開始区域２２まで戻り移動させるのと並行して、最右側の照射機器２６もまた、前記開始区域２２まで戻り移動されて、（不図示の）新たに形成された最上位の素材粉末層を照射し始めることを銘記されたい。各照射機器２６はＹ軸に沿い相互に離間されることから、この移動は、更なる照射機器２６のいずれとも衝突せずに、Ｘ軸に沿い延在する線形の案内レールに沿って行われ得る。

最後に、図１ｅは、戻り移動された粉末適用機器２０が、新たな最上位の素材粉末層の形成をすでに開始した状態を示している。同時に、前記粉末適用機器２０は、静止的な粉末再充填機器３０から素材粉末１８を再充填されることで、中断なしでの循環的動作を確実とする。

完全性のために、図１ｅにおいて今や最右側である粉末適用機器２０は、終了区域２４から開始区域２２まで戻り移動されて、図１ｂ乃至図１ｄに係る高さ調節を実施してから、新たな最上位の素材粉末層を生成する寸前であることを銘記されたい。全体的に、このことは、循環的動作と、堆積領域１６上に堆積された素材粉末１８の全高の連続的な増大、ならびに、それから生成された複数の単一ワークピース層とに帰着する。

図１ｂにおける矢印Ｄに係る下方移動を、たとえば、所定回数の層堆積サイクルだけ遅延させることも可能であることを銘記されたい。たとえば、キャリヤ１２、及び／又は、現在において投入されている粉末適用機器２０の下方移動は、所定の複数の新たな最上位の粉末層が（好適には完全に）形成されるまで、順延され得る。同様に、図１ｂに係る段階は、複数台の粉末適用機器２０が、すでに開始区域２２まで戻り移動され、且つ／又は、新たな最上位の素材粉末層の生成を開始した後においてのみ、実施され得る。いずれの場合にも、新たな層の形成に先立つ高さ調節の量は、相応に適合化されるべきであり得る。たとえば、図１ｂにおいて下方移動Ｄが無い場合、最左側の粉末適用機器２０は、層厚みＴの４倍の量だけ揚動されることで、キャリヤ１２上に新たな最上位の素材粉末層を再び形成すべきである。

故に、全体的に、図１ｂの垂直下方移動Ｄは、好適には、図１ａ乃至図１ｅの粉末適用機器２０の各々が、少なくともひとつの素材粉末層の堆積を完了した後（すなわち、好適には少なくとも４つの層が生成された後）に実施されることで、その後に、先に論じられた図１ｂ乃至図１ｅの更なる措置を実施し得る。その合間において、各粉末適用機器２０及び各照射機器２６は、たとえば、堆積領域１６の複数の区画Ｓ１〜Ｓ４を同時的に囲繞して照射すると共に、各粉末適用機器２０は新たな最上位層を生成する前に適切な量だけ上方に揚動されることにより、前記で論じられた様式で動作し得る。この様にして、キャリヤ１２の頻繁な下方移動に起因する摂動及び衝撃は制限され得る。

換言すると、本解決策は概略的に、一定数のサイクルに対し、最上位層を生成する寸前である粉末適用機器２０のみが上方に移動されることを企図している。所定回数のサイクルが実現された後、キャリヤ１２全体、及び／又は、その上に配置された各粉末適用機器２０は、図１ｂに関して論じられた如く下方に移動され得る。

図２及び図３は、開始及び終了区域２２、２４の間において無限軌道システム４０により各粉末適用機器２０の循環的移動を実現する概略的な例を示している。これらの図において、各粉末適用機器２０の厳密な台数及び位置は、例示的にのみ示されることを銘記されたい。

図２には、側方視点から、図１ａ乃至図１ｅの場合と同様の概観、特に、図１ａと同様の動作状態が示される。粉末適用機器２０の各々が、無限軌道システム４０に対して接続され、且つ、それの概略的に長寸の軌道区画に沿って案内されることが理解され得る。更に、粉末適用機器２０の各々は、堆積領域１６に対して先に論じられた高さ調節を実施するために、各軌道区画に対して直交的に移動可能である。詳細には、堆積領域１６上で現在動作している４台の粉末適用機器２０は、移動方向Ｍに移動するために、Ｘ軸に対して平行に延在する第１軌道区画４２に沿って案内される。終了区域２４に到達した後、各粉末適用機器２０は、素材粉末１８の送出を停止し、且つ、同一方向におけるそれらの移動を継続する。従って、それらは、第１の中間軌道接続区画４４により垂直上方に案内されてから、上下逆にされた形態にて、第２軌道区画４６に沿い開始区域２２に向けて戻り案内される。この状態において、それらは再び、Ｘ軸に平行に且つそれに沿い、但し、堆積領域１６に沿って移動するための移動方向Ｍとは逆向きで移動する。開始区域２２の近傍にて、各粉末適用機器２０は、堆積領域１６上に新たな最上位の素材粉末層を形成するために、第２軌道接続区画４７により戻り案内され且つ適切に再配向される。

図３においては、図２と類似するが、その矢印Ａに係る上方視点からの無限軌道システム４４が示される（図３において夫々が再配向された座標系を参照）。再び、現在状態において３台の粉末適用機器２０がその上に素材粉末１８を堆積するという堆積領域１６が示される（注意：明瞭化のために、この図において堆積領域１６は線影が付されている）。従って、現在、堆積領域１６の２つの区画Ｓ１〜Ｓ２が、前記各粉末適用機器２０間に囲繞されている。更に、現在、終了区域２４から開始区域２２まで戻り移動する過程にある３台の更なる粉末適用機器２０が示される。この例において、無限軌道システム４０は、粉末適用機器２０の各々がそれらの間において案内される内側及び外側の軌道５２、５４を備える。内側及び外側の軌道５２、５４は、堆積領域１６に対して平行な平面内に延在する。再び、粉末適用機器２０の各々は、更に、内側及び外側の軌道５２、５４に対して直交的に移動可能であることから、Ｚ軸に沿うそれらの高さ位置に関して調節可能である。更に、循環的動作は、終了区域２４から開始区域２２まで戻る円周において各粉末適用機器２０を案内することにより、確実とされる。この場合、各粉末適用機器２０の移動は、図３において矢印Ｖにより表される如く堆積領域１６に関する側方ベクトル成分を含む。前記側方成分Ｖは、前記堆積領域の平面内に延在するが、領域から離間する方向を指向する。更に厳密には、描かれた場合において、それは、Ｙ軸に沿い、故に、移動方向Ｍに対して所定の（好適には直交する）角度にて延在する。

図３の実施例に対する更なる発展例として、更なる複数の堆積領域１６が、開始区域２２に戻る粉末適用機器２０の移動経路に沿って含まれ得ることを銘記されたい。たとえば、図３における軌道５２、５４の反対側の非湾曲区画に沿い（すなわち、図３における最上位の粉末適用機器２０の領域において）、第２の堆積領域１６が含まれ得る。同様に、側方移動Ｖを定義する案内軌道５２、５４の湾曲部分に対する代替策として、各粉末適用機器２０は、線形様式でも移動され得る。これは、内側及び外側の軌道５２、５４の直線状部分に対して再び接続される別体的な軌道システムを含み得る。全体的に、これは、内側及び外側の軌道５２、５４の両端部分に到達することで、たとえば、堆積領域１６に沿う所望の移動Ｍを再び実施するという各粉末適用機器２０の離間された側方移動に帰着し得る。

故に概略的に、図２の各粉末適用機器２０は、高さ調節により移動されると共に、軌道システム４０により定義される環状経路に沿って更に移動され、前記環状経路は、堆積領域１６に対して直交する平面内に延在する。図３の場合、各粉末適用機器２０は、堆積領域１６に関して側方に移動されると共に、各機器は、軌道５２、５４により定義される環状経路であって、堆積領域１６に対して平行な平面内に延在するという環状経路を同様に辿る。故に各粉末適用機器２０は、堆積領域１６及び各粉末適用機器２０から離間した共通の中央軸Ｃであって、その回りに軌道５２、５４が延在するという中央軸Ｃの回りを周回する。前記軸Ｃは更に、堆積領域１６に対して直交して延在する。

Ｂ レーザ・ビーム／放射線ビーム
Ｃ キャリヤ１２の表面１４の全体的長さ
Ｄ 粉末適用機器２０の下方移動を示す矢印
Ｌ 堆積領域１６の長さ
Ｍ 粉末適用機器２０の移動方向
Ｓ 堆積された素材１８の最上位の外側表面
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 各粉末適用機器２０の相互間における堆積領域１６の区画
Ｔ 一層の素材粉末層の厚み
Ｕ 戻り移動された粉末適用機器２０の揚動を示す矢印
Ｖ 堆積領域１６に関する粉末適用機器２０の移動の側方ベクトル成分
Ｗ ビームＢの移動可能性を示す照射機器２６の対応角度
Ｘ、Ｙ 水平軸
Ｚ 高さ軸
１０ ３次元ワークピースを作製する装置
１２ キャリヤ
１４ 上側の平坦で矩形状の表面
１６ 指定堆積領域
１８ 素材粉末
２０ 粉末適用機器
２２ 開始区域
２４ 終了区域
２６ 照射機器
３０ 静止的な粉末再充填機器
４０ 無限軌道システム
４２ 第１軌道区画
４４ 第１の中間軌道接続区画
４６ 第２軌道区画
４７ 第２軌道接続区画
５２ 内側軌道
５４ 外側軌道

Claims (13)

1. ３次元ワークピースを作製する装置（１０）であって、
   素材粉末（１８）を受容するキャリヤ（１２）と、
   前記素材粉末（１８）で構成されたワークピースを積層構造作製方法により作成するために、前記キャリヤ（１２）の少なくともひとつの堆積領域（１６）上に堆積されている素材粉末（１８）上に電磁又は粒子放射線ビーム（Ｂ）を選択的に照射する少なくとも第１の照射機器（２６）と、
   同一の堆積領域（１６）上に同時に素材粉末（１８）を堆積することで一連の素材粉末層を相互に重ねて生成すべく構成された少なくとも第１及び第２の粉末適用機器（２０）と、を備え、
   前記照射機器（２６）は、前記粉末適用機器（２０）間における前記堆積領域（１６）の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を照射すべく構成され、
   前記堆積領域（１６）は、前記ワークピースの最大の可能占有面積を画成し、かつ、前記第１の照射機器（２６）及び／又はそれにより発せられた放射線ビーム（Ｂ）は、前記粉末適用機器（２０）の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動に基づいて移動可能であり、
   前記第１及び第２の粉末適用機器（２０）は、前記堆積領域（１６）に略垂直に延びる高さ軸に沿って互いから個々に独立して移動可能であり、
   前記粉末適用機器（２０）の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動は、先行する素材粉末層の照射パラメータに基づいて制御され、該照射パラメータは前記先行する素材粉末層の照射範囲及び／又は照射進度である、ことを特徴とする装置（１０）。
2. 前記堆積領域（１６）に対し、前記粉末適用機器（２０）は相互から離間された形態で移動すべく構成される、請求項１記載の装置（１０）。
3. 前記第１の照射機器（２６）は、複数の素材粉末層の内の下側のものの堆積が完了する前に、前記粉末適用機器（２０）間の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を照射すべく構成される、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
4. 前記粉末適用機器（２０）は、一定速度にて移動すべく構成される、請求項２又は３に記載の装置（１０）。
5. 前記粉末適用機器（２０）の高さ位置は、前記堆積領域（１６）に関して調節可能である、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置（１０）。
6. 第３の粉末適用機器（２０）を更に備え、
   前記第１、第２及び第３の粉末適用機器（２０）は、それらの間に前記堆積領域（１６）の第１及び第２の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を定める如き様式で、同一の堆積領域（１６）上に素材粉末（１８）を同時に堆積すべく構成される、請求項１〜５の何れか一項に記載の装置（１０）。
7. 第２の照射機器（２６）を更に備え、
   前記第１の照射機器（２６）は、前記堆積領域（１６）の少なくとも第１の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を照射すべく構成され、前記第２の照射機器（２６）は、前記堆積領域（１６）の少なくとも第２の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を照射すべく構成される、請求項６に記載の装置（１０）。
8. 前記粉末適用機器（２０）は、前記素材粉末層を生成しながら、前記堆積領域（１６）の開始区域（２２）から終了区域（２４）まで移動すべく構成され、前記終了区域（２４）に到達した後、前記粉末適用機器（２０）は、前記開始区域（２２）に戻るように構成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の装置（１０）。
9. 前記粉末適用機器（２０）及び／又は前記堆積領域（１６）の高さ位置は、前記開始区域（２２）において再配置された後、前記粉末適用機器（２０）が、前記一連の層の内の最上位の層に重ねて更なる素材粉末層を堆積し得る如き様式で調節可能である、請求項８に記載の装置（１０）。
10. 前記粉末適用機器（２０）は、前記終了区域（２４）に到達した後、以下の少なくとも一つに従って、すなわち、
    前記堆積領域（１６）に対するそれらの高さを調節すること、
    前記堆積領域（１６）に関して側方に移動すること、及び
    環状の経路に沿って移動すること、
    の少なくともひとつに従って前記堆積領域（１６）に対して移動可能である、請求項８又は９に記載の装置（１０）。
11. 前記粉末適用機器（２０）の内の少なくとも一台の粉末適用機器は、前記開始区域（２２）及び終了区域（２４）を接続する無限軌道（４０）に沿い案内される、請求項８〜１０の何れか一項に記載の装置（１０）。
12. 前記粉末適用機器（２０）は、前記堆積領域（１６）に対して所定角度にて延在する共通の周回軸の回りを周回すべく構成される、請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置（１０）。
13. ３次元ワークピースを作製する装置（１０）を操作する方法であって、
    前記装置（１０）は、
    素材粉末（１８）を受容するキャリヤ（１２）と、
    前記素材粉末（１８）で構成されたワークピースを積層構造作製方法により作製するために前記キャリヤ（１２）の少なくともひとつの堆積領域（１６）上に堆積されている素材粉末（１８）上に電磁又は粒子放射線ビーム（Ｂ）を選択的に照射する少なくとも第１の照射機器（２６）と、
    少なくとも第１及び第２の粉末適用機器（２０）と、を備え、
    同一の堆積領域（１６）上に同時に素材粉末（１８）を堆積することで一連の素材粉末層を相互に重ねて生成すべく前記第１及び第２の粉末適用機器（２０）を操作するステップと、
    前記粉末適用機器（２０）間における前記堆積領域（１６）の区画（Ｓ１〜Ｓ４）を照射するステップと、を備え、
    前記堆積領域（１６）は、前記ワークピースの最大の可能占有面積を画成し、かつ、前記第１の照射機器（２６）及び／又はそれにより発せられた放射線ビーム（Ｂ）は、前記粉末適用機器（２０）の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動に基づいて移動可能であり、
    前記第１及び第２の粉末適用機器（２０）は、前記堆積領域（１６）に略垂直に延びる高さ軸に沿って互いから個々に独立して移動可能であり、
    前記粉末適用機器（２０）の内の少なくとも一台の粉末適用機器の移動は、先行する素材粉末層の照射パラメータに基づいて制御され、該照射パラメータは前記先行する素材粉末層の照射範囲及び／又は照射進度である、ことを特徴とする方法。

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