JP6813554B2 - ３次元の物体を付加製造する装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置の処理チャンバ内で案内される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の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置に関する。

造形材料を連続して層ごとに選択的に照射することを介して３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置は、従来技術から概して知られている。そのような装置は、たとえばエネルギービームを使用して造形材料の層を選択的に照射し、造形材料は、エネルギービームによる照射に起因するエネルギーの消費のために固化する。画定された物体品質及び処理品質を実現するために、光学パラメータなどのエネルギービームのパラメータを監視しなければならないことがさらに知られている。

典型的には、エネルギービームのパラメータを監視するために、決定デバイス、たとえば処理チャンバ、すなわち付加製造（積層造形）プロセスが行われるチャンバの外側に配置されたカメラが使用され、決定デバイスは、エネルギービームが造形材料を直接照射する造形平面を監視する。光学パラメータが適切に調整されているかどうかを検証するために、試験照射を実行することができ、画定されたパターンが、たとえば金属薄板上に照射される。その後、パターンの品質を監視して、物体品質及び／又は処理品質が適切に満たされているかどうかを検証することができる。

前記試験照射では、試験片、たとえば金属薄板を処理チャンバ内へ挿入し、その後取り出して照射されたパターンを分析しなければならないため、時間及び労力がかかり、さらに付加製造（積層造形）プロセス中に実行することができない。

本発明の目的は、物体及び／又は処理の品質、特にエネルギービームの少なくとも１つのパラメータの決定が改善された、３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置を提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の装置によって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に準拠する。

本明細書に記載する装置は、エネルギー源、たとえばエネルギービーム、特にレーザビーム又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（「造形材料」）の層を連続して選択的に層ごとに固化することによって３次元の物体、たとえば技術的構成要素を付加製造（積層造形）する装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマー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、レーザビーム又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、又は選択的電子ビーム溶融装置などの装置とすることができ、造形材料の塗布及び造形材料の固化が別個に実行される。

この装置は、その動作中に使用される複数の機能ユニットを備えることができる。例示的な機能ユニットには、処理チャンバ、処理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によって選択的に照射するように適合された照射デバイス、及び所与の流れ特性、たとえば所与の流れプロファイル、流速などで処理チャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス状流体流を生成するように適合された流れ生成デバイスが挙げられる。ガス状流体流は、処理チャンバを通って流れる間に、固化されていない粒子状の造形材料、特に装置の動作中に生成される煙又は煙残留物で充填することが可能である。ガス状流体流は、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。

前述したように、本発明の装置は、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定するために提供された決定デバイスを備える。当然ながら、決定されたパラメータに応じて、付加製造（積層造形）プロセスに複数の調整を加えることができる。たとえば、エネルギービームの焦点位置は、造形材料内で消費されるエネルギーに直接関係する。付加製造（積層造形）プロセスにおいて、焦点位置のずれ、特に基準焦点位置からのずれが生じた場合、造形平面又はその異なる層若しくは部分のいくつかの領域が、異なるエネルギー（面積当たり）によって照射される。この結果、物体にわたって不均質性が生じ、たとえば物体の不均質な機械的特性が生じる。したがって、特に付加製造（積層造形）プロセス中にパラメータの画定された基準値が適切に満たされることを確実にするために、焦点位置などの物体のパラメータを決定する決定デバイスが提供される。

本発明は、決定デバイスが、処理チャンバ内に配置されており、好ましくは付加製造（積層造形）プロセス中に、特に装置の造形平面上へ造形材料が塗布される付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップ中に、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定するように適合されるという概念に基づいている。概して、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータは、エネルギービームの任意のパラメータ、特にエネルギービームの光学パラメータとすることができる。たとえば、エネルギービームの焦点位置及び／又は横方向位置を決定することができる。

有利には、付加製造（積層造形）プロセス中に、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータの決定を実行することができる。したがって、その上に画定された照射パターンが照射され、その後分析することができる試験片を、処理チャンバ内に配置する必要はない。その代わりに、付加製造（積層造形）プロセス中にエネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定及び監視して、それぞれ付加製造（積層造形）プロセス中の少なくとも１つのパラメータの潜在的な「ライブフィード」又は監視を提供することができる。したがって、付加製造（積層造形）プロセス中に生じるパラメータの基準値からのずれを決定し、それに応じて瞬時に補償／調整することができる。

また、決定デバイスは、この装置に分離可能に接続することができ、特に決定プロセスのためにこの装置の処理チャンバ内に配置することができる別個のデバイスとして構築されることも可能である。その後、決定デバイスを装置から切り離し、処理チャンバから取り出すことができる。したがって、決定デバイスを装置に接続して決定プロセスを実行することができ、決定デバイスを装置内に一体化する必要はない。

特に、装置の造形平面上へ造形材料が塗布される付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップ中に、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータの決定が実行されることが好ましい。したがって、照射ステップで、エネルギービームを使用して造形材料を照射することができ、塗布ステップで、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータの決定が実行される。したがって、エネルギービームが使用されない（遊休状態にある）付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップでエネルギービームの少なくとも１つのパラメータが決定されるため、エネルギービームを使用して造形材料を照射することができる書込み時間又はビーム時間はそれぞれ無駄にならない。典型的には、塗布ステップで、エネルギービームは消され又はオフに切り換えられて、塗布ユニットが新しい造形材料を造形平面上へ塗布することを可能にする。塗布ステップが終了した後、次の照射ステップを実行することができる。

本発明の一実施形態によれば、決定デバイスは、エネルギービームを第１及び第２の下位部分に分割するように適合されたビームスプリッタを備えることができ、ビームスプリッタは、第１の下位部分を第１の決定ユニットへ案内し、第２の下位部分を第２の決定ユニットへ案内するようにさらに適合される。したがって、エネルギービームは、ビームスプリッタを介して、２つの下位部分、特に第１の下位部分及び第２の下位部分に分割される。エネルギービームをその２つの下位部分に分割した後、それぞれの下位部分は、対応する決定ユニットへ案内される。たとえば、第１の下位部分を第１の決定ユニットへ案内することができ、第２の下位部分は第２の決定ユニットへ案内される。決定ユニット、すなわち第１の決定ユニット及び第２の決定ユニットは、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定するように適合される。

有利には、エネルギービームの異なる下位部分から、エネルギービームの２つの異なるパラメータを決定することができる。言い換えれば、第１及び第２の下位部分に分割されたエネルギービームは、異なる（光学）パラメータに関して分析することができる。これにより、前述したように、同じエネルギービームの異なるパラメータを同時に、特に付加製造（積層造形）プロセス中に監視することが可能になる。

好ましくは、第１の決定ユニットは、エネルギービームの焦点位置を決定するように適合することができ、第２の決定ユニットは、エネルギービームの横方向位置、特にｘ及びｙ平面内の位置を決定するように適合することができる。ｘ及びｙ平面はまた、造形平面が配置される平面、すなわち造形材料が照射される平面を指すことができる。本発明の装置のこの実施形態によれば、第１の決定ユニット及び第２の決定ユニットを使用して、エネルギービームの焦点位置及び横方向位置を同時に決定及び／又は監視することができる。言い換えれば、エネルギービームは、前述したように、第１及び第２の下位部分に分割され、それぞれの下位部分は、第１及び第２の決定ユニットへ案内され、第１及び第２の決定ユニットは、エネルギービームの対応する（光学）パラメータ、特に焦点位置及び横方向位置を決定するように適合される。

本出願によるエネルギービームの「横方向位置」という用語は、造形平面、すなわちｘ及びｙ平面内のエネルギービームの位置を指すことができる。この用語は特に、エネルギービームの基準横方向位置からの起こり得るずれを指すことができる。言い換えれば、エネルギービームが造形平面内で案内されるとき、実際の位置は、基準位置からずれる可能性がある。エネルギービームの「横方向位置」は、そのようなずれを指すことができ、エネルギービームの実際の位置を決定し、この基準位置と比較して、エネルギービームが造形平面内で適切に調整及び案内されているかどうか、又はずれが生じており、それに応じてエネルギービームを調整しなければならないかどうかを検証することができる。

決定デバイスの第２の決定ユニットは、エネルギービームの（相対）横方向位置及び／又は基準位置からのずれを決定するように適合されたセンサ要素、特に４分割フォトダイオードを備えることができる。したがって、センサ要素は、画定された基準位置に対するエネルギービームの横方向位置を決定するように適合される。センサ要素が４分割フォトダイオードである特有の実施形態では、センサ要素は、複数の区分、特に４つの区分を含み、センサ要素は、どの区分上へエネルギービームが少なくとも部分的に入射するかを識別するように適合される。したがって、基準位置がセンサ要素の中心、特にセンサ要素のうち４つの４半分が交差／接触する点であると識別された場合、基準位置に対するエネルギービームの相対位置を識別することができる。当然ながら、任意の他の量の区分を使用することもできる。また、各区分内でエネルギービームを介して消耗されるエネルギーの量（エネルギービームが個々の区分上に入射する比）を決定し、したがってエネルギービームがどの比でそれぞれの区分上に入射するかを識別することが可能である。したがって、エネルギービームが基準位置、特にセンサ要素の中心へ適切に案内されることを確実にするために、各区分上に入射するエネルギーの量を等しくすることが可能である。

本発明の装置の別の実施形態によれば、第１の決定ユニットは、第１の下位部分を第１の決定ユニットの検出器の方へ視準するように適合された視準ユニット、好ましくは鏡、特に軸外放物面鏡を備えることができる。したがって、エネルギービームの焦点位置を決定する通常の方法とは異なり、視準ユニットを使用して、特に焦点位置の前又は後ろ（エネルギービーム伝播方向）でエネルギービームを視準する。したがって、視準ユニットは、焦点位置から（又は焦点位置の方へ）発散する発散エネルギービームを視準し、（少なくとも部分的に）視準されたエネルギービームを第１の決定ユニットの検出器の方へ案内する。特に、エネルギービームは、決定デバイスの方へ伝播し、エネルギービームは、まず第１の下位部分及び第２の下位部分に分割され、第１の下位部分は、視準ユニット、好ましくは軸外放物面鏡の方へ案内され、視準ユニットを介して視準され、第１の決定ユニットの検出器の方へ案内される。

決定ユニットは、視準された第１の下位部分を第１の決定ユニットの検出器上へ集束させるように適合された集束ユニット、特に集束レンズをさらに備えることができる。第１の下位部分が検出器に入射したときに検出器によって生成される信号を介して、エネルギービームが適切に集束されているかどうか、又は基準焦点位置からのずれが存在するかどうかを決定することができる。検出器に入射する下位部分のスポットサイズの強度測定又は比較を実行して、基準焦点位置が満たされているかどうかを検証することが可能である。「検出器上へ集束させる」という用語は、下位部分の焦点位置が検出器平面内に位置することを必ずしも必要とするわけではない。また、集束ユニットは、検出器の方へ伝播するエネルギービームの第１の下位部分を集束させ、焦点位置は、検出器平面からずれることができ、特に集束ユニットと検出器との間に位置することができることも可能である。

したがって、エネルギービームが第１及び第２の下位部分に分割された後、第１の下位部分は、好ましくは視準ユニットに入射し、視準ユニットは、第１の下位部分を第１の決定ユニットの検出器の方へ視準する。第１の下位部分が検出器に入射する前に、集束ユニットは、第１の下位部分を集束させ、第１の下位部分の焦点位置は、検出器平面内とは異なる位置に位置することができる。

本発明の装置は、第１の決定ユニットが、画定された焦点位置が基準焦点位置からずれている第１の下位部分の少なくとも一部をフィルタリングするように適合された光学フィルタリングユニット、特に開口を備えることができるように、さらに改善することができる。特に、光学フィルタリングユニットは、第１の下位部分の基準焦点位置（エネルギービームの基準位置が満たされている場合は下位部分の焦点位置）に、すなわち集束ユニットと検出器との間に配置することができる。したがって、エネルギービームの視準された第１の下位部分が集束ユニットを介して再び集束された後、エネルギービームの（適切に調整された）第１の下位部分は、光学フィルタリングユニットを通過し、検出器に入射する。たとえば、第１の下位部分の焦点位置は、光学フィルタリングユニットが配置された平面内に位置することができる。

したがって、エネルギービームの実際の焦点位置が基準焦点位置からずれている場合、第１の下位部分の焦点位置は移動しており、第１の下位部分の焦点位置もその基準位置に位置しない。したがって、第１の下位部分の少なくとも一部は、光学フィルタリングユニットを介してフィルタリングされる。たとえば検出器上の下位部分のスポット直径の対応する決定又は強度測定を実行することによって、エネルギービームが適切に集束されているかどうかについて結論を導き出すことができる。

３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置は、第１の決定ユニットが、最大値検出手順を実行して、少なくとも１つのパラメータ、特にエネルギービームの焦点位置又は基準焦点位置からのずれを決定するように適合することができるように、さらに改善することができる。したがって、エネルギービームの実際の焦点位置を変動させることができ、それに応じてエネルギービームの第１の下位部分の焦点位置も変動する。前述したように、エネルギービームが適切に集束されていない場合に第１の下位部分の一部分をフィルタリングするように適合された光学フィルタリングユニットを、エネルギービームの第１の下位部分のビーム経路内に配置することが可能である。したがって、第１の下位部分が適切に集束され、したがってエネルギービームも同様に適切に集束されている場合、第１の決定ユニットの検出器に入射する第１の下位部分の最大強度が得られる。

言い換えれば、エネルギービームの焦点位置を変動させることができ、第１の決定ユニットの検出器を介して測定される強度の最大値は、エネルギービームが焦点位置の基準値に一致した焦点位置を示すことができる。

本発明の装置の別の実施形態によれば、決定デバイスは、固定して又は可動に配置することができ、好ましくは処理チャンバ内で画定された位置に固定して配置することができ、又は装置の塗布ユニット、特に被覆器などの塗布要素上に可動に配置することができる。したがって、決定デバイス、特に第１及び第２の決定ユニットは、定位置に固定することができ、又は装置の処理チャンバ内に可動に配置することができる。「固定の」という用語及び「可動の」という用語は、処理チャンバに対する動きに対応する決定デバイスの配置を指すことができる。したがって、固定の配置は、決定デバイスが配置される固定の位置を指すことができ、この位置は、たとえば付加製造（積層造形）プロセスにわたって変化しない。可動の配置、又は可動の位置の配置は、決定デバイスを処理チャンバに対して動かすことができることを示す。

たとえば、決定デバイスを処理平面、たとえば処理チャンバの範囲を定める（底）壁内に配置することによって、固定の配置を提供することができる。例示的な可動の配置とは、塗布ユニット、たとえば塗布要素の一部内に決定デバイスを配置することとすることができる。決定デバイスが塗布ユニット上に配置されているとき、決定デバイスは、処理チャンバに対して塗布ユニットとともに動く。通常そのような塗布ユニットが造形平面全体にわたって動かされるとき、エネルギービームを測定することができ、又は決定デバイスが造形平面にわたって塗布ユニットとともに動かされるとき、造形平面全体にわたってエネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定することができる。

好ましくは、この装置は、処理チャンバ内、特に造形平面内でエネルギービームを生成及び／又は案内するように適合された照射デバイスを備える。照射デバイスは、塗布ユニット、特に塗布要素に同期してエネルギービームを動かすように適合することができる。したがって、造形材料が造形平面内に塗布される塗布プロセスにおいて塗布要素が動かされると、塗布要素とともにエネルギービームも同期して動かすことができる。したがって、塗布プロセスと、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータの決定プロセスとが同時に実行可能である。

さらに、本発明の装置は、特に塗布ユニットの幅にわたって画定された位置に分散された複数の決定デバイスを備えることができる。したがって、造形平面内に分散させることができる少なくとも２つ、特に複数の決定デバイスを有することが可能である。当然ながら、少なくとも１つの固定して配置された決定デバイス及び少なくとも１つの可動に配置された決定デバイスの組合せも可能である。たとえば、少なくとも１つの決定デバイスを固定の位置に配置することができ、且つ／又は少なくとも１つの決定デバイスを可動の位置に配置することができる。したがって、塗布ユニット上、特に塗布要素上に複数の決定デバイスが配置されることが特に可能である。したがって、塗布ユニット上に配置された複数の決定デバイスは、塗布ユニットとともに造形平面にわたって動かされる。加えて、少なくとも２つの決定デバイスを提供することで、少なくとも２つのエネルギービームの少なくとも１つのパラメータを同時に決定することが可能になる。たとえば、第１の群の決定デバイスを第１のエネルギービームに割り当てることができ、第２の群の決定デバイスを第２のエネルギービームに割り当てることができる。当然ながら、すべての決定デバイスを使用して、すべてのエネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定することも可能であり、少なくとも１つのパラメータの決定は、少なくとも２つのエネルギービームに対して交互に実行することができる。

本発明の装置の決定デバイスは、特に第１及び／又は第２の決定ユニットを介して、エネルギービームの出力を決定するようにさらに適合することができる。前述したように、エネルギービームの出力（又はエネルギービームの強度）の決定を使用して、エネルギービームの焦点位置及び／又は横方向位置を決定することができる。決定デバイスはまた、エネルギービームの出力を決定して、エネルギービームの状態、特に造形材料の対応する面積（体積）内で現在消耗されているエネルギーの量に関する情報を提供するように適合することができる。

本発明の装置は、決定デバイスが、較正データ及び／又は調整データを生成するように適合することができ、装置が、較正データ及び／又は調整データに基づいて、エネルギービームを閉ループ内で制御するように適合することができるように、さらに改善することができる。したがって、エネルギービームの決定されたパラメータを使用して、エネルギービームが適切に較正及び／若しくは調整されたかどうか、又はエネルギービームの再較正若しくは調整が必要であるかどうかに関する較正データ及び／又は調整データを生成することができる。生成された較正データ及び／又は調整データを使用して、エネルギービームを閉ループ内で制御することができる。たとえば、制御ユニットを介して較正データ及び／又は調整データを生成することができる。制御ユニットを介して、決定されたパラメータに応じてエネルギービームを（再）較正又は調整することができる。

したがって、エネルギービームの較正及び／又は調整が必要であると考えられる場合、生成された較正データ及び／又は調整データに基づいて、エネルギービームの較正及び／又は調整を実行することができる。エネルギービームの較正及び／又は調整を実行した後、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータの別の決定を介して、較正及び／又は調整の結果を検証することができる。したがって、エネルギービームの較正及び／又は調整を介して、パラメータの画定された基準値からの検出されたずれを補償することができる。

少なくとも１つのパラメータの決定が「ライブ」で実行されることを確実にするために、第１及び／又は第２の決定ユニットは、高繰返し速度のセンサとして構築された検出器を備えることができる。これにより、即時のずれの決定及びずれの補正が可能になり、特に較正データ及び／又は調整データに基づいてエネルギービームの較正及び／又は調整を考慮して、次の層の処理を実行することができる。

さらに、本発明は、特に前述した本発明の装置向けの決定デバイスに関し、決定デバイスは、装置の処理チャンバ内に配置可能であり又は配置されており、好ましくは付加製造（積層造形）プロセス中に、特に装置の造形平面上へ造形材料が塗布される処理ステップ中に、装置を介して生成されている又は生成することができるエネルギービームの少なくとも１つのパラメータを決定するように適合される。

さらに、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の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造（積層造形）する少なくとも１つの装置、特に前述した本発明の装置を動作させる方法に関し、エネルギービームの少なくとも１つのパラメータが、好ましくは付加製造（積層造形）プロセス中に、特に装置の造形平面上へ造形材料が塗布される付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップ中に、決定デバイス、特に装置の処理チャンバ内に配置された前述した本発明の決定デバイスを介して決定される。

本発明の装置に関して記載されているすべての特徴、詳細、及び利点は、本発明の決定デバイス及び本発明の方法に完全に移行可能であることが自明である。本発明の方法は特に、本発明の装置上で、好ましくは本発明の決定デバイスを使用して実行することができる。

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。これらの図は概略図である。

本発明の装置を示す側面図である。 本発明の装置を示す上面図である。 本発明の決定デバイスを示す図である。 図３からの決定デバイスの決定ユニットを示す図である。

図１は、装置１の処理チャンバ６内で案内されるエネルギービーム５によって固化することができる造形材料３の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体２を付加製造（積層造形）する装置１を示す。装置１は、エネルギービーム５の少なくとも１つのパラメータを決定するように適合された決定デバイス７、８を備える。したがって、照射デバイス３２を介して、特にエネルギービーム５が決定デバイス７、８に入射するように、エネルギービーム５を生成及び案内することができる。エネルギービーム５を決定デバイス７、８のそれぞれへ案内することができることを強調するために、様々な決定デバイス７、８に入射するエネルギービーム５が破線を介して示されている。図１から導出することができるように、決定デバイス７、８は、処理チャンバ６内に配置される。

決定デバイス７（図２）は、塗布ユニット１０、特に塗布ユニット１０の被覆器などの塗布要素上に配置される。この例示的な実施形態によれば、３つの決定デバイス７が、特に塗布ユニット１０の幅にわたって、塗布ユニット１０上の画定された位置に配置されており、決定デバイス７は、塗布ユニット１０の幅にわたって等距離に分散されている。

決定デバイス８は、処理チャンバ６の範囲を定める底壁である処理平面９内で固定の位置に配置される。決定デバイス８は、処理平面９にわたって、特に造形平面１１の範囲を定める側線に沿って分散された画定された位置に配置される。造形平面１１は、造形材料３がエネルギービーム５を介して直接照射される平面である。当然ながら、定位置に固定された、又は特に塗布ユニット１０などの装置１の別の機能的構成要素とともに可動である、少なくとも１つの決定デバイス７及び／又は少なくとも１つの決定デバイス８、特に決定デバイス７、８を組み合わせることが任意である。

照射デバイス３２は、好ましくは、新しい造形材料３が造形平面１１上へ塗布される塗布処理ステップ中に決定デバイス７がエネルギービーム５の少なくとも１つのパラメータを決定することができるように、塗布ユニット１０に同期してエネルギービーム５を案内するように適合される。有利には、物体２が付加造形される付加製造（積層造形）プロセス中に、すべての決定デバイス７、８を使用することができる。また、装置１に分離可能に接続された決定デバイス７、８を有することも可能であり、決定デバイス７、８は、装置１に接続することができ、決定プロセスを実行するために処理チャンバ６内に配置することができ、決定プロセスが終了した後に切り離して取り出すことができる。

決定デバイス７、８について、図３、４に関して詳細に例示的に説明する。図３は、エネルギービーム５が入射する決定デバイス７、８を示す。決定デバイス７、８は、ビームスプリッタ１２に入射するエネルギービーム５を第１の下位部分１３及び第２の下位部分１４に分割するように適合されたビームスプリッタ１２を備える。ビームスプリッタ１２は、第１の下位部分１３を第１の決定ユニット１５へ案内し、エネルギービーム５の第２の下位部分１４を第２の決定ユニット１６の方へ案内するようにさらに適合される。したがって、決定デバイス７、８は、エネルギービーム５の少なくとも２つの（異なる）パラメータを同時に決定することが可能である。

第２の決定ユニット１５は、検出要素１７を備えており、この例示的な実施形態では、検出要素１７は４分割フォトダイオードとして構築されている。したがって、検出要素１７は、互いに隣接して配置された４つの区分１９〜２２を備える。４つの区分１９〜２２は、検出要素１７の中心２３で互いに当接する。したがって、検出要素１７は、区分１９〜２２のうちどの区分上にエネルギービーム５の第２の下位部分１４が入射するかを表示又は検出することができる。たとえば、検出要素１７の中心２３は、エネルギービーム５が照射要素９を介して適切に案内された場合にエネルギービーム５が検出要素１７に入射しなければならない基準相対位置として画定することができる。

図３に示す状況で、エネルギービーム５は、検出要素１７の区分１９に入射する。したがって、エネルギービーム５の第２の下位部分１４の基準位置と実際の位置との間のずれが存在する。したがって、較正データ又は調整データを生成して、実際の横方向位置と基準の横方向位置との間のずれが低減又は補償されるように、照射デバイス３２がエネルギービーム５を制御することを可能にすることができる。

検出要素１７、特に検出要素１７の検出平面上の第２の下位部分１４のスポットが、破線の円２４を介して示すスポットを形成するとき、スポット２４は、２つ以上の区分１９〜２２に同時に入射する可能性がある。したがって、第２の下位部分１４が検出要素１７の中心２３に入射するように、区分１９〜２２がそれぞれ同じ信号を生成し、特に（円形の）第２の下位部分１４の同じ強度を決定することが必要である。したがって、最大値検出手順を介して、検出要素１７にわたってエネルギービーム５の第２の下位部分１４を案内して、エネルギービーム５の横方向位置を較正することができる。第２の下位部分１４の強度／スポットサイズの比が４つすべての区分１９〜２２上で同じになった場合、基準の横方向位置が見出される。

図４は、図３に示す決定デバイス７、８の第１の決定ユニット１５を示す。決定デバイス７、８は、第１の決定ユニット１５に入射する集束されたエネルギービーム５、特にエネルギービーム５の第１の下位部分１３を視準するように適合された視準ユニット２５、好ましくは軸外放物面鏡を備える。図４に示すように、エネルギービーム５は、焦点位置２６、たとえば造形平面１１上に集束される。また、たとえば決定デバイス７が塗布ユニット１０内に配置される場合、決定デバイス７は造形平面１１の上に位置するため、第１の決定ユニット１５に入射するエネルギービーム５が焦点面２６内にないことを計算に入れることも可能である。当然ながら、第一の決定ユニット１５の位置のこのずれを計算に入れることができる。話を簡単にするために、焦点位置２６の後ろ（ビーム伝播方向）に配置された第１の決定ユニット１５が示されている。

前述したように、視準ユニット２５、たとえば軸外放物面鏡は、集束されたエネルギービーム５、特にエネルギービーム５の第１の下位部分１３を視準し、第１の下位部分１３を第１の決定ユニット１５の検出器２７の方へ案内する。視準ユニット２５と検出器２７との間には、視準された第１の下位部分１３を集束させるように適合された集束ユニット２８、たとえばレンズが配置される。したがって、視準された第１の下位部分１３は、視準ユニット２５を介して視準され、集束ユニット２８の方へ案内され、その後検出器２７に入射する。

集束光学系２８と検出器２７との間には、光学フィルタリングユニット２９、たとえば開口を配置することができる。したがって、適切に集束されていないエネルギービーム５の第１の下位部分１３のいくつかの部分、特にエネルギービーム５が基準焦点位置２６に一致しない場合、第１の下位部分１３の少なくとも一部分は、第１の下位部分１３の焦点位置３０が光学フィルタリングユニット２９の前又は後に位置し、したがって光学フィルタリングユニット２９に少なくとも部分的に入射し、したがって光学フィルタリングユニット２９によって吸収されるため、光学フィルタリングユニット２９でフィルタリングされる。したがって、最大値検出手順はまた、焦点位置の決定のために実行することができ、エネルギービーム５の焦点位置を変動させることができ、検出器２７を介して決定された最大強度／出力は、第１の下位部分１３の焦点位置３０が光学フィルタリングユニット２９の平面内に配置されて第１の下位部分１３全体が光学フィルタユニット２９を通過することが可能になる基準焦点位置２６と同様の基準焦点位置を示す。

さらに、決定されたパラメータを決定デバイス７、８から受け取るように適合された、たとえば中央処理ユニットを備える制御ユニット３１（図１）を提供することができる。制御ユニット３１は、前述したように、較正データ及び／又は調整データを生成するように適合することができる。したがって、決定されたパラメータに応じて、照射デバイス３２を介したエネルギービーム５の制御を実行することができるため、エネルギービーム５を閉ループ内で制御することが可能である。対応する較正及び／又は調整の影響は、パラメータの決定を介して再び決定することができ、その後制御ユニット３１へフィードバックすることができる。

本発明の方法は、本発明の装置１上で実行することができることが自明である。

１ 装置
２ ３次元の物体
３ 造形材料
５ エネルギービーム
６ 処理チャンバ
７ 決定デバイス
８ 決定デバイス
９ 処理平面
１０ 塗布ユニット
１１ 造形平面
１２ ビームスプリッタ
１３ 第１の下位部分
１４ 第２の下位部分
１５ 第１の決定ユニット
１６ 第２の決定ユニット
１７ 検出要素
１９〜２２ 区分
２３ 中心
２４ スポット
２５ 視準ユニット
２６ 焦点位置、焦点面、基準焦点位置
２７ 検出器
２８ 集束ユニット
２９ 光学フィルタリングユニット
３０ 焦点位置
３１ 制御ユニット
３２ 照射デバイス

Claims (13)

1. 装置（１）の処理チャンバ（６）内で案内されるエネルギービーム（５）によって固化することができる造形材料（３）の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体（２）を付加製造（積層造形）する装置（１）において、前記処理チャンバ（６）内に配置されており、前記装置（１）の造形平面（１１）上へ造形材料（３）が、前記処理チャンバ（６）に対して動く塗布ユニット（１０）により、塗布される前記付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップ中に、前記エネルギービーム（５）の少なくとも１つのパラメータを決定するように適合された且つ前記塗布ユニット（１０）に配置される決定デバイス（７、８）を備え、
   前記決定デバイス（７、８）は、前記エネルギービーム（５）を第１の下位部分（１３）及び第２の下位部分（１４）に分割するように適合されたビームスプリッタ（１２）を備え、前記ビームスプリッタ（１２）は、前記第１の下位部分（１３）を第１の決定ユニット（１５）へ案内し、前記第２の下位部分（１４）を第２の決定ユニット（１６）へ案内するようにさらに適合され、
   前記第１の決定ユニット（１５）は、前記エネルギービーム（５）の焦点位置を決定するように適合され、前記第２の決定ユニット（１６）は、横方向位置を決定するように適合される、装置。
2. 前記第２の決定ユニット（１６）は、前記エネルギービーム（５）の横方向位置及び／又は基準位置からのずれを決定するように適合された検出要素（１７）を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の決定ユニット（１５）は、前記第１の下位部分（１３）を前記第１の決定ユニット（１５）の検出器（２７）の方へ案内するように適合されたユニット（２５）を備える、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の決定ユニット（１５）は、前記案内された第１の下位部分（１３）を前記第１の決定ユニット（１５）の検出器（２７）上へ集束させるように適合された集束ユニット（２８）を備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記第１の決定ユニット（１５）は、画定された焦点位置が基準焦点位置からずれている前記第１の下位部分（１３）の少なくとも一部をフィルタリングするように適合された光学フィルタリングユニット（２９）を備える、請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
6. 前記第１の決定ユニット（１５）は、最大値検出手順を実行して、前記エネルギービーム（５）の前記焦点位置又は基準焦点位置からのずれを決定するように適合される、請求項５に記載の装置。
7. 前記決定デバイス（７、８）は、前記処理チャンバ（６）内で画定された位置に固定して配置され、又は前記装置（１）の塗布ユニット（１０）に可動に配置される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記装置（１）の照射デバイス（３２）が、塗布ユニット（１０）に同期して前記エネルギービーム（５）を動かすように適合される、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
9. 前記装置（１）は、塗布ユニット（１０）の幅にわたって画定された位置に分散された複数の決定デバイス（７、８）を備える、請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
10. 前記決定デバイス（７、８）は、前記第１の決定ユニット（１５）及び／又は前記第２の決定ユニット（１６）を介して、前記エネルギービーム（５）の出力を決定するように適合される、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記決定デバイス（７、８）は、較正データ及び／又は調整データを生成するように適合され、前記装置（１）は、前記較正データ及び／又は調整データに基づいて、前記エネルギービーム（５）を閉ループ内で制御するように適合される、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置（１）向けの決定デバイス（７、８）において、前記決定デバイス（７、８）は、前記装置（１）の処理チャンバ（６）内に配置可能であり又は配置されており、前記装置（１）の造形平面（１１）上へ造形材料（３）が塗布される処理ステップ中に、前記装置（１）を介して生成されている又は生成することができるエネルギービーム（５）の少なくとも１つのパラメータを決定するように適合されることを特徴とする決定デバイス。
13. エネルギービーム（５）によって固化することができる造形材料（３）の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体（２）を付加製造（積層造形）する請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置（１）を動作させる方法において、前記エネルギービーム（５）の少なくとも１つのパラメータが、前記装置（１）の造形平面（１１）上へ造形材料（３）が塗布される前記付加製造（積層造形）プロセスの処理ステップ中に、決定デバイス（７、８）を介して決定されることを特徴とする方法。
    

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