JP2002520825A - 最初のパルスが引き伸ばされたレーザパワー制御 - Google Patents
最初のパルスが引き伸ばされたレーザパワー制御Info
- Publication number
- JP2002520825A JP2002520825A JP2000558592A JP2000558592A JP2002520825A JP 2002520825 A JP2002520825 A JP 2002520825A JP 2000558592 A JP2000558592 A JP 2000558592A JP 2000558592 A JP2000558592 A JP 2000558592A JP 2002520825 A JP2002520825 A JP 2002520825A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse
- laser
- pulse width
- signal
- laser power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
迅速原型製造装置100にて使用可能である、第一のパルス引伸ばし機能を備えるレーザパワー制御装置150、150´が開示される。開示された1つの実施の形態によれば、ワンショットマルチバイブレータ156は、レーザ110を作動させるべきことを表示するゲート信号(LON/LOFF)に応答可能なパルスを発生させる。分布反転を実現するのに適した選択した持続時間のパルスがレーザ110に付与される。このパルスの終了時、レーザのパルス幅変調(PWM)制御が開始される。開示された別の実施の形態によれば、第一のパルス引伸ばし記憶装置166は、第一のPWMパルスを長くすべき持続時間に対応するデジタル値を記憶する。加算器176、178は、このデジタル値を所望のレーザパワー信号(DLP)により表示されたパラメータに加算し、分布反転及び第一のパルスにてレーザ110によるレーザ出力を保証する。
Description
【0001】
本発明は、ユーザパワーの制御分野、特に、パルス幅変調したレーザパワーの
制御に関する。
制御に関する。
【0002】 当該技術分野にて基本的であるように、ガス(例えば、CO2、Ar)、固体
材料(例えば、Nd:YAG)、液体(例えば、色素レーザ)又は半導体(例え
ば、GaAlAs)とすることのできるレーザ媒質から光子を励起して放出させ
ることにより、レーザの放出が実現される。典型的に、媒質中の電子がポンピン
グされ、すなわち励起されて、基底状態よりも高い上方エネルギレベルになる。
十分な電子が上方エネルギレベルまで励起されてレーザの反応を維持する状態は
、当該技術分野にて分布反転と称される。励起された電子の一部は、自発的に、
光子を放出し、また、放出した光子の波長に等しいエネルギよりも小さい励起状
態のエネルギレベルに降下する。一方、これらの放出された光子により分布反転
中の他の電子は同様に光子を放出し、その結果、コヒーレントな光(すなわち、
周知のレーザビーム)が発生される。平行なミラーの光学的フィードバックのよ
うな、正フィードバック技術はレーザの発振を許容し、ビームエネルギを更に増
大させる。
材料(例えば、Nd:YAG)、液体(例えば、色素レーザ)又は半導体(例え
ば、GaAlAs)とすることのできるレーザ媒質から光子を励起して放出させ
ることにより、レーザの放出が実現される。典型的に、媒質中の電子がポンピン
グされ、すなわち励起されて、基底状態よりも高い上方エネルギレベルになる。
十分な電子が上方エネルギレベルまで励起されてレーザの反応を維持する状態は
、当該技術分野にて分布反転と称される。励起された電子の一部は、自発的に、
光子を放出し、また、放出した光子の波長に等しいエネルギよりも小さい励起状
態のエネルギレベルに降下する。一方、これらの放出された光子により分布反転
中の他の電子は同様に光子を放出し、その結果、コヒーレントな光(すなわち、
周知のレーザビーム)が発生される。平行なミラーの光学的フィードバックのよ
うな、正フィードバック技術はレーザの発振を許容し、ビームエネルギを更に増
大させる。
【0003】 上記の説明から明らかであり、また、当該技術分野にて周知であるように、レ
ーザポンピングは、レーザ反応が開始する前に、十分なエネルギをレーザ媒質に
より吸収することを必要とする。パルス幅変調(PWM)レーザの場合、レーザ
ポンプは、任意の時点にて完全に作動させ又は完全に不作動にし、所望の平均的
なレーザパワーに対応する負荷サイクルにて作動するようにする。しかし、レー
ザ媒質のエネルギは、レーザポンプを停止したようなとき、励起状態から基底状
態に向けて崩壊する。十分な停止時間後(レーザパルスの間のような時間)、レ
ーザポンプが再度、媒質を励起して分布反転させるのに必要な時間は、特に、P
WMパルス流中における第一のパルスの持続時間に比して顕著である。実際には
、高PWM周波数(すなわち、短い「作動」パルス)及び低負荷サイクルのとき
、第一の「作動」パルスのパルス幅は、レーザが第一のパルスの間にてエネルギ
を放出しないレーザ閾値に達するのに十分な長さではない。このように、顕著な
不作動時間後のこの第一のパルスの間、レーザパワーを発生させる正確さは著し
く損なわれる。
ーザポンピングは、レーザ反応が開始する前に、十分なエネルギをレーザ媒質に
より吸収することを必要とする。パルス幅変調(PWM)レーザの場合、レーザ
ポンプは、任意の時点にて完全に作動させ又は完全に不作動にし、所望の平均的
なレーザパワーに対応する負荷サイクルにて作動するようにする。しかし、レー
ザ媒質のエネルギは、レーザポンプを停止したようなとき、励起状態から基底状
態に向けて崩壊する。十分な停止時間後(レーザパルスの間のような時間)、レ
ーザポンプが再度、媒質を励起して分布反転させるのに必要な時間は、特に、P
WMパルス流中における第一のパルスの持続時間に比して顕著である。実際には
、高PWM周波数(すなわち、短い「作動」パルス)及び低負荷サイクルのとき
、第一の「作動」パルスのパルス幅は、レーザが第一のパルスの間にてエネルギ
を放出しないレーザ閾値に達するのに十分な長さではない。このように、顕著な
不作動時間後のこの第一のパルスの間、レーザパワーを発生させる正確さは著し
く損なわれる。
【0004】 第一のパルスの問題点を課題とする1つの従来の解決策は、当該技術分野にて
、「チクル(tickle)」方法と称される。例えば、シンラッド(Synr
ad)インコーポレーテッドから入手可能なCO2レーザにて使用されるこの方
策によれば、例えば、低負荷サイクルのパルス流によって、レーザ媒質は、常時
、レーザ閾値以下のレベルに励起される。この状態において、分布反転に達する
のに必要とされる時間は、極めて短く保たれ、それは、レーザ媒質は分布反転よ
りも僅かに低いレベルに励起される(理論上)からである。このように、レーザ
を作動させたとき、レーザ媒質のエネルギを分布反転に増加させるのに必要な時
間は、遥かに短くなり、このため、PWM流中の第一のパルスは所望のレーザパ
ワーを発生する可能性がある。しかし、その正確さは、特別なレーザの各々に極
めて依存しているから、「チクル」方法には特定の制限がある。特定のレーザに
対して「チクル」負荷サイクルが極めて高過ぎるならば、レーザは、その「不作
動」状態のときでさえもレーザ作用する可能性がある。従来のレーザは、時間及
び使用に伴って劣化するため、その寿命の開始時にレーザに対して適正に設定さ
れた「チクル」負荷サイクルは、不正確となり、その後の寿命にて、「不作動」
サイクルの間、望ましくないレーザ作用を行う。
、「チクル(tickle)」方法と称される。例えば、シンラッド(Synr
ad)インコーポレーテッドから入手可能なCO2レーザにて使用されるこの方
策によれば、例えば、低負荷サイクルのパルス流によって、レーザ媒質は、常時
、レーザ閾値以下のレベルに励起される。この状態において、分布反転に達する
のに必要とされる時間は、極めて短く保たれ、それは、レーザ媒質は分布反転よ
りも僅かに低いレベルに励起される(理論上)からである。このように、レーザ
を作動させたとき、レーザ媒質のエネルギを分布反転に増加させるのに必要な時
間は、遥かに短くなり、このため、PWM流中の第一のパルスは所望のレーザパ
ワーを発生する可能性がある。しかし、その正確さは、特別なレーザの各々に極
めて依存しているから、「チクル」方法には特定の制限がある。特定のレーザに
対して「チクル」負荷サイクルが極めて高過ぎるならば、レーザは、その「不作
動」状態のときでさえもレーザ作用する可能性がある。従来のレーザは、時間及
び使用に伴って劣化するため、その寿命の開始時にレーザに対して適正に設定さ
れた「チクル」負荷サイクルは、不正確となり、その後の寿命にて、「不作動」
サイクルの間、望ましくないレーザ作用を行う。
【0005】 第一のパルスの問題点を課題とする別の従来の方策は、例えば、コヒーレント
(Coherent)インコーポレーテッドから入手可能であるCO2レーザに
て使用されるRF励起増幅器のような、別異の励起増幅器を具体化することであ
る。この別異の励起増幅器は、上述した「チクル」方法におけると同様に、分布
反転よりも僅かに低い励起状態にレーザ媒質を保ち得るように設定される。また
、励起増幅器の出力は、各レーザ及びその予想される作動状態についても正確に
設定しなければならない。励起増幅器が高過ぎるならば、「不作動」期間のとき
に望ましくないレーザ作用状態となる可能性がある。これとは逆に、励起増幅器
が過度に控え目に設定されるならば、レーザの始動特徴は、特に、低PWM負荷
サイクルのときに、望ましい値以下となる可能性がある。
(Coherent)インコーポレーテッドから入手可能であるCO2レーザに
て使用されるRF励起増幅器のような、別異の励起増幅器を具体化することであ
る。この別異の励起増幅器は、上述した「チクル」方法におけると同様に、分布
反転よりも僅かに低い励起状態にレーザ媒質を保ち得るように設定される。また
、励起増幅器の出力は、各レーザ及びその予想される作動状態についても正確に
設定しなければならない。励起増幅器が高過ぎるならば、「不作動」期間のとき
に望ましくないレーザ作用状態となる可能性がある。これとは逆に、励起増幅器
が過度に控え目に設定されるならば、レーザの始動特徴は、特に、低PWM負荷
サイクルのときに、望ましい値以下となる可能性がある。
【0006】 レーザ分野における別の公知の技術は、「Qスイッチング」(又は代替的に、
「Qスポイリング」)と称されるものである。Qスイッチングは、例えば、減衰
要素をレーザ中に挿入し、顕著な光を放出することなく、エネルギがレーザ媒質
中に蓄積することを許容することにより、共振レーザのQファクタを切り換え可
能に低下させることにより高パワーパルスを発生させるために一般に使用される
。パルスが望まれるようなとき、全体として、媒質が分布反転レベル以上に励起
された後、Qファクタは、再度、増加させ(例えば、レーザ中の減衰要素を除去
することにより)、レーザエネルギが大きいパルスを放出する。Qスイッチング
は、連続的に励起させた固体相レーザに一般に使用される。固体相レーザの例に
おいて、レーザパルスが望まれるとき迄、発振を防止するため減衰要素を光路中
に配置する。スイッチングする前に、媒質が分布反転よりも高エネルギレベルに
保たれるならば、Qスイッチングしたレーザの作動時間は極めて速い。しかし、
当該技術分野にて周知であるように、特に、吸収体(例えば、ポッケルズセル(
Pockels sell)のような)を考慮するとき、Qスイッチはレーザの
コストを増すことになる。
「Qスポイリング」)と称されるものである。Qスイッチングは、例えば、減衰
要素をレーザ中に挿入し、顕著な光を放出することなく、エネルギがレーザ媒質
中に蓄積することを許容することにより、共振レーザのQファクタを切り換え可
能に低下させることにより高パワーパルスを発生させるために一般に使用される
。パルスが望まれるようなとき、全体として、媒質が分布反転レベル以上に励起
された後、Qファクタは、再度、増加させ(例えば、レーザ中の減衰要素を除去
することにより)、レーザエネルギが大きいパルスを放出する。Qスイッチング
は、連続的に励起させた固体相レーザに一般に使用される。固体相レーザの例に
おいて、レーザパルスが望まれるとき迄、発振を防止するため減衰要素を光路中
に配置する。スイッチングする前に、媒質が分布反転よりも高エネルギレベルに
保たれるならば、Qスイッチングしたレーザの作動時間は極めて速い。しかし、
当該技術分野にて周知であるように、特に、吸収体(例えば、ポッケルズセル(
Pockels sell)のような)を考慮するとき、Qスイッチはレーザの
コストを増すことになる。
【0007】 第一のパルスにおけるレーザパワーの不正確さに対する敏感さは、幾つかのレ
ーザの用途にて悪化する。例えば、当該技術分野におけるレーザの1つは、光ポ
リマー液体の選択的な重合化(周知の立体リソグラフィ法におけるように)によ
り、粉体の選択的溶融、融解、又は焼結(周知の選択的レーザ焼結におけるよう
な)により、又は積層した物体の製造(LOM)により、層毎に三次元的製品を
製造することである。これらの型式の製造方法において、レーザパワーは、構造
的に優れた製品を製造するときの臨界的なパラメータである。
ーザの用途にて悪化する。例えば、当該技術分野におけるレーザの1つは、光ポ
リマー液体の選択的な重合化(周知の立体リソグラフィ法におけるように)によ
り、粉体の選択的溶融、融解、又は焼結(周知の選択的レーザ焼結におけるよう
な)により、又は積層した物体の製造(LOM)により、層毎に三次元的製品を
製造することである。これらの型式の製造方法において、レーザパワーは、構造
的に優れた製品を製造するときの臨界的なパラメータである。
【0008】 背景の一例として、迅速原型製造技術の一例は、テキサス州、オースチンのD
TMコーポレーション(DTM Corporation)から入手可能な装置
内にて行われる選択的レーザ焼結法であり、この場合、製品は、層毎にレーザ可
溶性の粉体から製造される。この方法によれば、製品の断面に対応する粉体の部
分に向けられるレーザエネルギによって薄い粉体の層を分配し且つ次に溶融、融
解又は焼結する。DTMコーポレーションから入手可能なシンターステーション
(SINTERSTATION)2500装置のような、従来の選択的レーザ焼
結装置は、レーザビームを反射する検流計駆動のミラーを介してレーザビームを
位置決めする。レーザビームの撓みは、レーザ自体の変調と組み合わせて制御さ
れ、レーザエネルギをその層中に形成される製品の断面積に相当する可溶性の粉
体層の位置に向ける。レーザは、ラスター状にて粉体を渡って走査し、レーザの
変調をこの走査と組み合わせて行うことができ又はレーザは、ベクトル状に向け
ることができる。幾つかの用途において、ラスタスキャンがベクトルにて描いた
輪郭内の領域を「充填する」前に又はその後の何れかにて、ベクトル状に断面積
の輪郭に沿って粉体を溶融させることにより、製品の断面積が粉体層に形成され
る。何れの場合でも、粉体を所定の層内にて選択的に溶融させた後、追加的な粉
体層を分配し、製品が完成する迄、この過程を繰り返し、それ以後に溶融する層
部分がそれ以前の溶融した層部分に溶融するようにする(製品にとって適宜に)
。
TMコーポレーション(DTM Corporation)から入手可能な装置
内にて行われる選択的レーザ焼結法であり、この場合、製品は、層毎にレーザ可
溶性の粉体から製造される。この方法によれば、製品の断面に対応する粉体の部
分に向けられるレーザエネルギによって薄い粉体の層を分配し且つ次に溶融、融
解又は焼結する。DTMコーポレーションから入手可能なシンターステーション
(SINTERSTATION)2500装置のような、従来の選択的レーザ焼
結装置は、レーザビームを反射する検流計駆動のミラーを介してレーザビームを
位置決めする。レーザビームの撓みは、レーザ自体の変調と組み合わせて制御さ
れ、レーザエネルギをその層中に形成される製品の断面積に相当する可溶性の粉
体層の位置に向ける。レーザは、ラスター状にて粉体を渡って走査し、レーザの
変調をこの走査と組み合わせて行うことができ又はレーザは、ベクトル状に向け
ることができる。幾つかの用途において、ラスタスキャンがベクトルにて描いた
輪郭内の領域を「充填する」前に又はその後の何れかにて、ベクトル状に断面積
の輪郭に沿って粉体を溶融させることにより、製品の断面積が粉体層に形成され
る。何れの場合でも、粉体を所定の層内にて選択的に溶融させた後、追加的な粉
体層を分配し、製品が完成する迄、この過程を繰り返し、それ以後に溶融する層
部分がそれ以前の溶融した層部分に溶融するようにする(製品にとって適宜に)
。
【0009】 選択的レーザ焼結技術の詳細は、全て、テキサス大学評議委員会に譲渡された
米国特許第4,863,538号、米国特許第5,017,753号、米国特許
第5,076,869号及び米国特許第4,944,817号及びDTMコーポ
レーションに譲渡された米国特許第4,247,508号に記載されており、こ
れら特許の全ては、参考として引用し本明細書に含めてある。一定のレーザパワ
ー出力を提供し得るようにレーザパワーがレーザスキャン速度に従って制御され
る、かかる選択的レーザ焼結装置におけるレーザパワーの制御装置は、1997
年5月30日付けで出願され、DTMコーポレーションに譲渡された同時出願係
属中の米国特許出願第08/866,600号に記載されており、この出願もま
た参考として引用し本明細書に含めてある。選択的レーザ焼結技術は、油脂、ポ
リカーボーネート、ナイロン、その他のプラスチックを含む多岐に亙る材料及び
ポリマー被覆金属並びにセラミックのような複合的材料から高分解能及び寸法精
度に優れた三次元的製品を直接、製造することを可能にする。油脂部品は、周知
の「ロストワックス」法にて金型を形成するときに使用することができる。
米国特許第4,863,538号、米国特許第5,017,753号、米国特許
第5,076,869号及び米国特許第4,944,817号及びDTMコーポ
レーションに譲渡された米国特許第4,247,508号に記載されており、こ
れら特許の全ては、参考として引用し本明細書に含めてある。一定のレーザパワ
ー出力を提供し得るようにレーザパワーがレーザスキャン速度に従って制御され
る、かかる選択的レーザ焼結装置におけるレーザパワーの制御装置は、1997
年5月30日付けで出願され、DTMコーポレーションに譲渡された同時出願係
属中の米国特許出願第08/866,600号に記載されており、この出願もま
た参考として引用し本明細書に含めてある。選択的レーザ焼結技術は、油脂、ポ
リカーボーネート、ナイロン、その他のプラスチックを含む多岐に亙る材料及び
ポリマー被覆金属並びにセラミックのような複合的材料から高分解能及び寸法精
度に優れた三次元的製品を直接、製造することを可能にする。油脂部品は、周知
の「ロストワックス」法にて金型を形成するときに使用することができる。
【0010】 選択的レーザ焼結方法における熱溶融機構は、単位時間当たり粉体の各位置に
て受け取る熱エネルギである、レーザエネルギ束密度に依存する。レーザ束密度
は、レーザエネルギ、レーザのスポットサイズ、粉体をレーザエネルギにさらす
持続時間に依存する。殆どの材料に対し、形成される製品の形状及び密度はレー
ザエネルギ束密度の影響を受け、このため、レーザエネルギ束密度が僅かでも変
化するならば、製品の特性は理想的なものでなくなる。例えば、レーザエネルギ
束密度が過度に小さいならば、製品は機械的に弱体となろう。これと逆に、レー
ザエネルギ束密度が過大であるならば、CAD表面に対する製品寸法の忠実度が
劣化し、粉体が過熱し又は粉体が焼付く可能性さえもある。
て受け取る熱エネルギである、レーザエネルギ束密度に依存する。レーザ束密度
は、レーザエネルギ、レーザのスポットサイズ、粉体をレーザエネルギにさらす
持続時間に依存する。殆どの材料に対し、形成される製品の形状及び密度はレー
ザエネルギ束密度の影響を受け、このため、レーザエネルギ束密度が僅かでも変
化するならば、製品の特性は理想的なものでなくなる。例えば、レーザエネルギ
束密度が過度に小さいならば、製品は機械的に弱体となろう。これと逆に、レー
ザエネルギ束密度が過大であるならば、CAD表面に対する製品寸法の忠実度が
劣化し、粉体が過熱し又は粉体が焼付く可能性さえもある。
【0011】 特に、上述した影響を受け易い材料において、選択的レーザ焼結により製造さ
れた製品にてレーザエネルギ束密度の不均一な影響が観察される。分布反転への
レーザ媒質の励起の遅れに起因するような、可溶性材料のスキャンのレーザパル
スにおける過度に低いレーザパワーは、製品の端縁を不完全に形成し、寸法的に
歪み又は構造的強度が低下して対象物にすると考えられる。最初のパルスにおけ
るレーザパワーに対するかかる敏感さは、選択的レーザ焼結技術により形成され
る製品の品質に影響を与えるのみならず、最初のパルスにおけるレーザパワーの
損失に起因して、立体リソグラフィのようなその他のレーザ利用の技術にも製品
の端縁における光硬化が不十分となる影響を与えると考えられる。
れた製品にてレーザエネルギ束密度の不均一な影響が観察される。分布反転への
レーザ媒質の励起の遅れに起因するような、可溶性材料のスキャンのレーザパル
スにおける過度に低いレーザパワーは、製品の端縁を不完全に形成し、寸法的に
歪み又は構造的強度が低下して対象物にすると考えられる。最初のパルスにおけ
るレーザパワーに対するかかる敏感さは、選択的レーザ焼結技術により形成され
る製品の品質に影響を与えるのみならず、最初のパルスにおけるレーザパワーの
損失に起因して、立体リソグラフィのようなその他のレーザ利用の技術にも製品
の端縁における光硬化が不十分となる影響を与えると考えられる。
【0012】
このため、本発明の1つの目的は、顕著なレーザの不作動時間の後、最初のレ
ーザパルスに対する所望のパワーレベルが得られる、レーザパワーの制御機能及
びレーザの作動方法を提供することである。
ーザパルスに対する所望のパワーレベルが得られる、レーザパワーの制御機能及
びレーザの作動方法を提供することである。
【0013】 本発明の別の目的は、選択的レーザ焼結装置及び立体リソグラフィ装置のよう
な迅速原型製造装置に適したかかる機能及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、不作動サイクル中の望ましくないレーザ作用が防止
される、かかる機能及び方法を提供することである。
な迅速原型製造装置に適したかかる機能及び方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、不作動サイクル中の望ましくないレーザ作用が防止
される、かかる機能及び方法を提供することである。
【0014】 本発明の更に別の目的は、最小コストにて従来のレーザパワー制御装置に効率
的に具体化することのできるかかる機能及び方法を提供することである。 本発明のその他の目的及び利点は、その図面と共に以下の説明を参照すること
により当業者に明らかになるであろう。
的に具体化することのできるかかる機能及び方法を提供することである。 本発明のその他の目的及び利点は、その図面と共に以下の説明を参照すること
により当業者に明らかになるであろう。
【0015】 本発明は、レーザの「作動」期間を表示するゲート信号が長くしたパルス信号
を発生させることを可能にするレーザ制御装置に具体化することができる。レー
ザ媒質が分布反転に達し、また、レーザ出力が第一のパルス内で得られることを
確実にするため、第一のレーザパルスのパルス幅に対して長くしたパルス信号が
付与される。本発明の1つの特別な形態によれば、選択的レーザ焼結装置のよう
な迅速原型製造装置にレーザ制御装置が具体化され、製造材料に付与された最初
のレーザパルスが所望のパワーレベルを有し、このため、高忠実度の製品が製造
されるようにする。
を発生させることを可能にするレーザ制御装置に具体化することができる。レー
ザ媒質が分布反転に達し、また、レーザ出力が第一のパルス内で得られることを
確実にするため、第一のレーザパルスのパルス幅に対して長くしたパルス信号が
付与される。本発明の1つの特別な形態によれば、選択的レーザ焼結装置のよう
な迅速原型製造装置にレーザ制御装置が具体化され、製造材料に付与された最初
のレーザパルスが所望のパワーレベルを有し、このため、高忠実度の製品が製造
されるようにする。
【0016】 [発明の詳細な説明] 以下の説明から明らかとなるように、本発明は、制御すべきレーザの特定の用
途に関係なく、全体としてレーザ制御装置と関連して利用することができる。し
かし、本発明は、コンピュータ支援設計(CAD)又はコンピュータ支援製造(
CAM)データベースから製品を製造するときにレーザを利用する迅速原型製造
装置に適用するならば、特に有益である。従って、以下の説明は、かかる迅速原
型製造装置、特に、選択的レーザ焼結装置に関して行うが、上記に基づいて、本
発明は、その他の型式の迅速原型製造装置(例えば、立体リソグラフィ及びLO
M装置)及びその他のレーザエネルギの用途にて有益に使用可能であることを理
解すべきである。
途に関係なく、全体としてレーザ制御装置と関連して利用することができる。し
かし、本発明は、コンピュータ支援設計(CAD)又はコンピュータ支援製造(
CAM)データベースから製品を製造するときにレーザを利用する迅速原型製造
装置に適用するならば、特に有益である。従って、以下の説明は、かかる迅速原
型製造装置、特に、選択的レーザ焼結装置に関して行うが、上記に基づいて、本
発明は、その他の型式の迅速原型製造装置(例えば、立体リソグラフィ及びLO
M装置)及びその他のレーザエネルギの用途にて有益に使用可能であることを理
解すべきである。
【0017】 先ず、図1を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を説明する目的のため
、選択的レーザ焼結装置100の構造及び作用に関して説明する。図1に図示す
るように、選択的レーザ焼結装置100は、チャンバ102を備えている(明確
化のため、チャンバ102の前側扉及び頂部は図1に図示していない)。チャン
バ102は、その内部に製品を製造するため適当な温度及び雰囲気の組成(典型
的に、窒素のような不活性な雰囲気)を保つ。
、選択的レーザ焼結装置100の構造及び作用に関して説明する。図1に図示す
るように、選択的レーザ焼結装置100は、チャンバ102を備えている(明確
化のため、チャンバ102の前側扉及び頂部は図1に図示していない)。チャン
バ102は、その内部に製品を製造するため適当な温度及び雰囲気の組成(典型
的に、窒素のような不活性な雰囲気)を保つ。
【0018】 装置100内の粉体供給装置は、供給ピストン114を備えており、この供給
ピストン114は、モータ116により制御され、ある容積の粉体を上方に動か
し且つチャンバ102内に持ち上げる。モータ108により制御される部分ピス
トン106は、例えば5ミル程度の僅かな程度だけチャンバ102の床よりも下
方に動き、加工すべき粉体の各層の厚さを画定する。ローラ118は、粉体を供
給ピストン114から目標面104まで搬送する反対方向に回転するローラであ
る。本明細書にて説明する目的のため、目標面104は、部分ピストン106の
上方に配置された熱可溶性粉体(存在するならば、それ以前に焼結した部分を含
む)の上面を意味するものとする。部分ピストン106上に配置された焼結済み
及び焼結前の粉体は、本明細書にて部分床107と称する。
ピストン114は、モータ116により制御され、ある容積の粉体を上方に動か
し且つチャンバ102内に持ち上げる。モータ108により制御される部分ピス
トン106は、例えば5ミル程度の僅かな程度だけチャンバ102の床よりも下
方に動き、加工すべき粉体の各層の厚さを画定する。ローラ118は、粉体を供
給ピストン114から目標面104まで搬送する反対方向に回転するローラであ
る。本明細書にて説明する目的のため、目標面104は、部分ピストン106の
上方に配置された熱可溶性粉体(存在するならば、それ以前に焼結した部分を含
む)の上面を意味するものとする。部分ピストン106上に配置された焼結済み
及び焼結前の粉体は、本明細書にて部分床107と称する。
【0019】 上述した米国特許第5,017,753号に記載されたように、ローラ118
(明確化のため図1に図示しないスクレーパのような、蓄積を防止するスクレー
パが設けられることが好ましい)は、部分ピストン106の上方の部分床107
の表面にて供給ピストン114から目標面104に向け且つ該目標面を亙るよう
に移動することにより粉体をチャンバ102内に撒き広げ且つ目標面104の上
に広げる。粉体を平滑に且つ完全に配分するため、供給ピストン114により提
供される粉体量は、部分床107の表面にて受け取ることのできる量よりも多く
、ローラ118が目標面104を亙って動くことにより多少余剰な粉体が生じる
ようにすることが好ましい。このことは、部分ピストン106が下降するチャン
バ102の床から下方の距離以上の距離だけ(例えば10ミル対5ミル)供給ピ
ストン114をチャンバ102の上方に上昇させることにより、行うことができ
る。また、チャンバ102内のローラ118の動作に対しローラ118の反対方
向への回転を従動させ、回転速度対並進速度の比が一定であるようにすることも
好ましい。DTMコーポレーションから入手可能なシンターステーション250
0装置にて使用されるように、粉体を効率的に且つ自由に供給する目的のため、
部分ピストン106の両側部に2つの粉体ピストン114を提供することも好ま
しい。
(明確化のため図1に図示しないスクレーパのような、蓄積を防止するスクレー
パが設けられることが好ましい)は、部分ピストン106の上方の部分床107
の表面にて供給ピストン114から目標面104に向け且つ該目標面を亙るよう
に移動することにより粉体をチャンバ102内に撒き広げ且つ目標面104の上
に広げる。粉体を平滑に且つ完全に配分するため、供給ピストン114により提
供される粉体量は、部分床107の表面にて受け取ることのできる量よりも多く
、ローラ118が目標面104を亙って動くことにより多少余剰な粉体が生じる
ようにすることが好ましい。このことは、部分ピストン106が下降するチャン
バ102の床から下方の距離以上の距離だけ(例えば10ミル対5ミル)供給ピ
ストン114をチャンバ102の上方に上昇させることにより、行うことができ
る。また、チャンバ102内のローラ118の動作に対しローラ118の反対方
向への回転を従動させ、回転速度対並進速度の比が一定であるようにすることも
好ましい。DTMコーポレーションから入手可能なシンターステーション250
0装置にて使用されるように、粉体を効率的に且つ自由に供給する目的のため、
部分ピストン106の両側部に2つの粉体ピストン114を提供することも好ま
しい。
【0020】 1つ又は2つ以上の所望の製品における断面の製造は、上述した米国特許に記
載され、図2に関して以下に説明する方法にて走査装置142により供給される
ビームを提供するレーザ110により行われる。レーザ110は、レーザ自体に
加えて、例えば、前側ミラーアセンブリを含み、また、拡散及び収斂レンズのよ
うな集束要素を含む、上述の米国特許第4,863,538号に記載されたよう
な従来の制御要素を備えている。レーザ110の型式は、多くのファクタに依存
し、特に、焼結すべき粉体の型式に依存する。多くの型式の従来の粉体にとって
、好ましいレーザは、パワー出力が制御可能な50ワットのCO2型レーザであ
る。レーザ110は、作動させたとき、図2に図示した矢印によって示した経路
に沿って全体として進むレーザビーム105を放出する。
載され、図2に関して以下に説明する方法にて走査装置142により供給される
ビームを提供するレーザ110により行われる。レーザ110は、レーザ自体に
加えて、例えば、前側ミラーアセンブリを含み、また、拡散及び収斂レンズのよ
うな集束要素を含む、上述の米国特許第4,863,538号に記載されたよう
な従来の制御要素を備えている。レーザ110の型式は、多くのファクタに依存
し、特に、焼結すべき粉体の型式に依存する。多くの型式の従来の粉体にとって
、好ましいレーザは、パワー出力が制御可能な50ワットのCO2型レーザであ
る。レーザ110は、作動させたとき、図2に図示した矢印によって示した経路
に沿って全体として進むレーザビーム105を放出する。
【0021】 コンピュータ140及び走査装置142は、目標面104に初動するとき、レ
ーザビーム105の方向を制御するために含まれている。本発明のこの好ましい
実施の形態において、コンピュータ140は、走査装置142用の制御マイクロ
プロセッサを備え、また、製造される1つ又は2つ以上の製品の寸法を決定すべ
くスライス毎の形態にてCAD/CAMデータベースを記憶する装置を更に備え
ている。ペンティアムクラスのマイクロプロセッサに基づき、浮動点能力を備え
るパーソナルコンピュータのような、従来のパーソナルコンピュータワークステ
ーションが、本発明の好ましい実施の形態にてコンピュータ140として使用す
るのに適している。コンピュータ140は、走査装置142内のスキャナプロセ
ッサ103に対し線ATMに信号を発生させ、現在の粉体層に製造すべき製品の
断面積に対応する目標面104を亙ってレーザビーム105を供給する。
ーザビーム105の方向を制御するために含まれている。本発明のこの好ましい
実施の形態において、コンピュータ140は、走査装置142用の制御マイクロ
プロセッサを備え、また、製造される1つ又は2つ以上の製品の寸法を決定すべ
くスライス毎の形態にてCAD/CAMデータベースを記憶する装置を更に備え
ている。ペンティアムクラスのマイクロプロセッサに基づき、浮動点能力を備え
るパーソナルコンピュータのような、従来のパーソナルコンピュータワークステ
ーションが、本発明の好ましい実施の形態にてコンピュータ140として使用す
るのに適している。コンピュータ140は、走査装置142内のスキャナプロセ
ッサ103に対し線ATMに信号を発生させ、現在の粉体層に製造すべき製品の
断面積に対応する目標面104を亙ってレーザビーム105を供給する。
【0022】 走査装置142は、レーザビーム105の進行経路の方向を変更するプリズム
144を備えている。レーザビーム105を適正な位置に向けるのに必要なプリ
ズム144の数は装置の物理的配置に基づく。これと代替的に、当該技術分野に
て周知であるように、装置100の特定の配置に依存して、レーザビーム105
を向けるためプリズム144に替えて、1つ以上の固定のミラーを使用すること
ができる。走査装置142は、それぞれの検流計148、149により駆動され
る一対のミラー146、147を更に備えている。検流計148、149はそれ
ぞれのミラー146、147に接続されて、該ミラー146、147を選択的に
方向決めし且つレーザビーム105の照準方向を制御する。検流計148、14
9は、互いに対し垂直に取り付けられ、ミラー146、147が互いに対し名目
的に直角に取り付けられるようにする。走査装置142内のスキャナプロセッサ
103は、検流計148、149の動きを制御し、コンピュータ140からの線
AIMによる信号に応答して目標面104内のレーザビーム105の方向を制御
する。この信号は、記憶させたCAD/CAMデータベースに従って発生され、
このデータベースは、目標面104にて粉体層に形成すべき製品の断面積を画定
する。
144を備えている。レーザビーム105を適正な位置に向けるのに必要なプリ
ズム144の数は装置の物理的配置に基づく。これと代替的に、当該技術分野に
て周知であるように、装置100の特定の配置に依存して、レーザビーム105
を向けるためプリズム144に替えて、1つ以上の固定のミラーを使用すること
ができる。走査装置142は、それぞれの検流計148、149により駆動され
る一対のミラー146、147を更に備えている。検流計148、149はそれ
ぞれのミラー146、147に接続されて、該ミラー146、147を選択的に
方向決めし且つレーザビーム105の照準方向を制御する。検流計148、14
9は、互いに対し垂直に取り付けられ、ミラー146、147が互いに対し名目
的に直角に取り付けられるようにする。走査装置142内のスキャナプロセッサ
103は、検流計148、149の動きを制御し、コンピュータ140からの線
AIMによる信号に応答して目標面104内のレーザビーム105の方向を制御
する。この信号は、記憶させたCAD/CAMデータベースに従って発生され、
このデータベースは、目標面104にて粉体層に形成すべき製品の断面積を画定
する。
【0023】 更に、コンピュータ140は、作動されたとき、レーザ110により供給すべ
き所望のパワーレベルを表示するため線DLPにレーザパワー制御装置150へ
の信号を発生する。スキャナプロセッサ103は、現在の粉体層に対して製品の
スライスのCAD/CAMデータベースの表現に対応してレーザ110を作動さ
せ又は不作動にすべき時間を表示する信号を線LON/LOFFに発生させる。
本発明の好ましい実施の形態によれば、線LON/LOFFにおける信号は、ス
キャナプロセッサ103により発生される、1つ以上の線FBにおけるフィード
バック信号と組み合わさって、レーザパワーの制御装置150を制御し、供給す
べき自発的なパワーに対応する時間と共に変化する、レーザ110への信号を線
LPに発生させる。1997年5月30日付けで出願された、上述の同時出願係
属中の特許出願第08/866,600号に記載されたように、線FBにおける
フィードバック信号は、一定の自発的パワーレベルのレーザエネルギを供給すべ
くレーザ110を制御するために使用される検流計148、149(従ってミラ
ー146、147)の位置又は速度の表示を含むことができる。これと代替的に
又はこれに加えて、線FBにおけるフィードバック信号は、供給される実際のレ
ーザパワーに対応する信号を含み、レーザパワー制御装置150の作動を支援す
るようにすることができる。以下の説明から明らかになるように、本発明の好ま
しい実施の形態によるレーザパワー制御装置150は、粉体に所望のレーザエネ
ルギ束密度を供給すべくレーザ110を制御する。レーザパワー制御装置150
は、図2にて別個の構成要素として図示されているが、勿論、所望であるならば
、コンピュータ140又はスキャナプロセッサ103内でレーザパワー制御装置
150を具体化することができる。
き所望のパワーレベルを表示するため線DLPにレーザパワー制御装置150へ
の信号を発生する。スキャナプロセッサ103は、現在の粉体層に対して製品の
スライスのCAD/CAMデータベースの表現に対応してレーザ110を作動さ
せ又は不作動にすべき時間を表示する信号を線LON/LOFFに発生させる。
本発明の好ましい実施の形態によれば、線LON/LOFFにおける信号は、ス
キャナプロセッサ103により発生される、1つ以上の線FBにおけるフィード
バック信号と組み合わさって、レーザパワーの制御装置150を制御し、供給す
べき自発的なパワーに対応する時間と共に変化する、レーザ110への信号を線
LPに発生させる。1997年5月30日付けで出願された、上述の同時出願係
属中の特許出願第08/866,600号に記載されたように、線FBにおける
フィードバック信号は、一定の自発的パワーレベルのレーザエネルギを供給すべ
くレーザ110を制御するために使用される検流計148、149(従ってミラ
ー146、147)の位置又は速度の表示を含むことができる。これと代替的に
又はこれに加えて、線FBにおけるフィードバック信号は、供給される実際のレ
ーザパワーに対応する信号を含み、レーザパワー制御装置150の作動を支援す
るようにすることができる。以下の説明から明らかになるように、本発明の好ま
しい実施の形態によるレーザパワー制御装置150は、粉体に所望のレーザエネ
ルギ束密度を供給すべくレーザ110を制御する。レーザパワー制御装置150
は、図2にて別個の構成要素として図示されているが、勿論、所望であるならば
、コンピュータ140又はスキャナプロセッサ103内でレーザパワー制御装置
150を具体化することができる。
【0024】 次に、図3を参照しつつ、本発明の第一の実施の形態によるレーザパワー制御
装置150について詳細に説明する。図3に図示するように、線FBおけるフィ
ードバック信号及び線DLPにおける所望のレーザパワー信号は、レーザパワー
制御装置150内のレーザパラメータ発生回路152により受け取られる。これ
らの信号に応答して、レーザパラメータ発生回路152は、線PARAMに信号
を発生させ、これらの信号は、レーザ110によって発生すべき所望のレーザパ
ワーを表示する。線PARAMには、パルス幅変調制御回路154のパルスが付
与される。線PARAMにおける信号に応答して、パルス幅変調制御回路154
は、所望の周波数及び負荷サイクルにて線PWMPにパルス幅変調パルスを発生
させ、以下に更に説明するように、ORゲート158及びANDゲート160を
介してレーザ110に付与する。アドバンスドマイクロデバイス(Advanc
ed Micro Devices)から入手可能なAm9513カウンタ/タ
イマー集積回路のような従来の回路よってPWM制御回路154を具体化するこ
とができる。
装置150について詳細に説明する。図3に図示するように、線FBおけるフィ
ードバック信号及び線DLPにおける所望のレーザパワー信号は、レーザパワー
制御装置150内のレーザパラメータ発生回路152により受け取られる。これ
らの信号に応答して、レーザパラメータ発生回路152は、線PARAMに信号
を発生させ、これらの信号は、レーザ110によって発生すべき所望のレーザパ
ワーを表示する。線PARAMには、パルス幅変調制御回路154のパルスが付
与される。線PARAMにおける信号に応答して、パルス幅変調制御回路154
は、所望の周波数及び負荷サイクルにて線PWMPにパルス幅変調パルスを発生
させ、以下に更に説明するように、ORゲート158及びANDゲート160を
介してレーザ110に付与する。アドバンスドマイクロデバイス(Advanc
ed Micro Devices)から入手可能なAm9513カウンタ/タ
イマー集積回路のような従来の回路よってPWM制御回路154を具体化するこ
とができる。
【0025】 本発明のこの実施の形態によれば、レーザパワー制御装置150は、ワンショ
ットマルチバイブレータ156を更に備えており、該マルチバイブレータ156
は、レーザ110を作動すべきときを表示する(高作動状態のとき)ゲート信号
をスキャナプロセッサ103から線LON/LOFFにて受け取る。ワンショッ
トマルチバイブレータ156は、業界の多数の供給先から入手可能な周知の55
5タイマー回路及びTTL74121群のような従来の回路により具体化するこ
とができる。ワンショットマルチバイブレータ156により発生されたパルスの
持続時間は、レーザ110の最悪の不作動時間の場合を想定して、レーザ110
を分布反転にポンピングするのに十分な持続時間であるように選択される。例え
ば、レーザ110がDEOSから入手可能なLC−50レーザである場合、ワン
ショットマルチバイブレータ156によって発生されるパルスの持続時間は、2
0マイクロ秒程度であることが好ましい。また、線LON/LOFFはANDゲ
ート160の1つの入力に付与され、該ANDゲートは、その反対側の入力部に
てORゲート158の出力を受け取る。ORゲート158は、その1つの入力部
にてワンショットマルチバイブレータ156の出力を受け取り且つその反対側の
出力部にてPWM制御回路154からの線PWMPを受け取る。また、ワンショ
ットマルチバイブレータ156の出力は、PWM制御回路154の負端縁の励起
制御入力にも付与されて、その下降する端縁によりPWM制御回路154を作動
可能にする。
ットマルチバイブレータ156を更に備えており、該マルチバイブレータ156
は、レーザ110を作動すべきときを表示する(高作動状態のとき)ゲート信号
をスキャナプロセッサ103から線LON/LOFFにて受け取る。ワンショッ
トマルチバイブレータ156は、業界の多数の供給先から入手可能な周知の55
5タイマー回路及びTTL74121群のような従来の回路により具体化するこ
とができる。ワンショットマルチバイブレータ156により発生されたパルスの
持続時間は、レーザ110の最悪の不作動時間の場合を想定して、レーザ110
を分布反転にポンピングするのに十分な持続時間であるように選択される。例え
ば、レーザ110がDEOSから入手可能なLC−50レーザである場合、ワン
ショットマルチバイブレータ156によって発生されるパルスの持続時間は、2
0マイクロ秒程度であることが好ましい。また、線LON/LOFFはANDゲ
ート160の1つの入力に付与され、該ANDゲートは、その反対側の入力部に
てORゲート158の出力を受け取る。ORゲート158は、その1つの入力部
にてワンショットマルチバイブレータ156の出力を受け取り且つその反対側の
出力部にてPWM制御回路154からの線PWMPを受け取る。また、ワンショ
ットマルチバイブレータ156の出力は、PWM制御回路154の負端縁の励起
制御入力にも付与されて、その下降する端縁によりPWM制御回路154を作動
可能にする。
【0026】 作動時、レーザパラメータ発生回路152は、線FB及びDLPにおける信号
に応答してレーザ110を作動させる適正な作動パラメータを発生させる。これ
らパラメータは、レーザ110の最初のパルスに対する準備として(すなわち、
線LON/LOFFにて作用可能なゲート信号を受け取る前に)発生させること
ができる。スキャナプロセッサ103が、例えば、所望の製品の断面を形成すべ
き目標面104にて粉体の領域の走査を開始して、レーザパルス作動を開始する
とき、線LON/LOFFは、低から高への遷移を行う。線LON/LOFFの
この遷移により、ワンショットマルチバイブレータ156はその出力部に1つの
パルスを発生させる。このパルスは、ORゲート158に、従って、ANDゲー
ト160に付与される。この時点にて、線LON/LOFFはそれ自体、作用可
能であるため、ワンショットマルチバイブレータ156により発生させたパルス
は、ANDゲート160により線LPを通じてレーザ110に送られる。線LO
N/LOFFの遷移に応答して、ワンショットマルチバイブレータ156により
発生されたパルスの間、PWM制御回路154は、線PWMPにパルスを発生さ
せないように不作動とされる(ワンショットマルチバイブレータ156により発
生されたパルスの下降端縁によりPWM制御回路154が作動可能とされたとき
)。
に応答してレーザ110を作動させる適正な作動パラメータを発生させる。これ
らパラメータは、レーザ110の最初のパルスに対する準備として(すなわち、
線LON/LOFFにて作用可能なゲート信号を受け取る前に)発生させること
ができる。スキャナプロセッサ103が、例えば、所望の製品の断面を形成すべ
き目標面104にて粉体の領域の走査を開始して、レーザパルス作動を開始する
とき、線LON/LOFFは、低から高への遷移を行う。線LON/LOFFの
この遷移により、ワンショットマルチバイブレータ156はその出力部に1つの
パルスを発生させる。このパルスは、ORゲート158に、従って、ANDゲー
ト160に付与される。この時点にて、線LON/LOFFはそれ自体、作用可
能であるため、ワンショットマルチバイブレータ156により発生させたパルス
は、ANDゲート160により線LPを通じてレーザ110に送られる。線LO
N/LOFFの遷移に応答して、ワンショットマルチバイブレータ156により
発生されたパルスの間、PWM制御回路154は、線PWMPにパルスを発生さ
せないように不作動とされる(ワンショットマルチバイブレータ156により発
生されたパルスの下降端縁によりPWM制御回路154が作動可能とされたとき
)。
【0027】 このように、ワンショットマルチバイブレータ156によりレーザ110に対
して発生されたパルスは、最初のパルスとして提供され、レーザ110は、この
最初のパルスを介してスキャナプロセッサ103に応答して作動されて、線LO
N/LOFFを高レベルに駆動する。ワンショットマルチバイブレータ156に
より発生されるパルスの終了時に開始する、線PWMPにおけるパルス幅変調信
号の発生がされる迄、このパルスは、レーザ110をポンピングして分布反転に
する。ワンショットマルチバイブレータ156からのパルスの下降端縁は、PW
M制御回路154が線PWMPにてPWM波形の発生を開始することを可能にし
、このPWM波形は、その後、ORゲート158及びANDゲート160(線L
ON/LOFFが作用可能な状態に留まる)により線LPにてレーザ110に送
られる。レーザ110は、既に、ワンショットマルチバイブレータ156からの
パルスにより分布反転にポンピングされているため、レーザ110は、PWM制
御回路154の制御の下、所望のパワーにてレーザエネルギの放出を開始する。
して発生されたパルスは、最初のパルスとして提供され、レーザ110は、この
最初のパルスを介してスキャナプロセッサ103に応答して作動されて、線LO
N/LOFFを高レベルに駆動する。ワンショットマルチバイブレータ156に
より発生されるパルスの終了時に開始する、線PWMPにおけるパルス幅変調信
号の発生がされる迄、このパルスは、レーザ110をポンピングして分布反転に
する。ワンショットマルチバイブレータ156からのパルスの下降端縁は、PW
M制御回路154が線PWMPにてPWM波形の発生を開始することを可能にし
、このPWM波形は、その後、ORゲート158及びANDゲート160(線L
ON/LOFFが作用可能な状態に留まる)により線LPにてレーザ110に送
られる。レーザ110は、既に、ワンショットマルチバイブレータ156からの
パルスにより分布反転にポンピングされているため、レーザ110は、PWM制
御回路154の制御の下、所望のパワーにてレーザエネルギの放出を開始する。
【0028】 本発明のこの第一の実施の形態に従い、小さい「グリッチ」すなわち不作動パ
ルスを線LPにてレーザ110に提供し、ワンショットマルチバイブレータ15
6により発生されたパルスが終了するときから線PWMPにてPWM波形を開始
する迄にかかるグリッチが現れるようにする。しかしながら、この不作動パルス
は、従来の電子的構成要素のスイッチング時間及びレーザ110の応答時間を考
慮するとき、重要ではないと考えられる。
ルスを線LPにてレーザ110に提供し、ワンショットマルチバイブレータ15
6により発生されたパルスが終了するときから線PWMPにてPWM波形を開始
する迄にかかるグリッチが現れるようにする。しかしながら、この不作動パルス
は、従来の電子的構成要素のスイッチング時間及びレーザ110の応答時間を考
慮するとき、重要ではないと考えられる。
【0029】 図3に図示した特定の実施の形態の代替例として、PWM制御回路154は、
線LON/LOFFにおけるゲート信号により(図3のレーザパワー制御回路1
50の場合のように、ワンショットマルチバイブレータ156の出力の下降端縁
によるのではなく)励起すなわち作動させることができる。この代替的な方策は
、図3に関して上述したように反復可能ではない一方、この方策は、LON/L
OFFにおけるゲート信号がパルス幅変調波形と同期化されない装置に関して有
用である。
線LON/LOFFにおけるゲート信号により(図3のレーザパワー制御回路1
50の場合のように、ワンショットマルチバイブレータ156の出力の下降端縁
によるのではなく)励起すなわち作動させることができる。この代替的な方策は
、図3に関して上述したように反復可能ではない一方、この方策は、LON/L
OFFにおけるゲート信号がパルス幅変調波形と同期化されない装置に関して有
用である。
【0030】 このため、本発明の第一の実施の形態によれば、「引き伸ばした」第一のパル
スがパルス幅変調波形の最初のパルスとしてレーザ110に供給される。その持
続時間がワンショットマルチバイブレータ156により画定されるこの引き伸ば
した第一のパルスは、レーザ110をその不作動状態から分布反転までポンピン
グし、最初のPWMパルスがレーザ110からレーザエネルギ出力を発生するこ
とができるようにする。このようにして、不作動時間の間、望ましくないレーザ
出力を生じさせる虞れを伴わずに、レーザエネルギを正確に発生することが実現
される。
スがパルス幅変調波形の最初のパルスとしてレーザ110に供給される。その持
続時間がワンショットマルチバイブレータ156により画定されるこの引き伸ば
した第一のパルスは、レーザ110をその不作動状態から分布反転までポンピン
グし、最初のPWMパルスがレーザ110からレーザエネルギ出力を発生するこ
とができるようにする。このようにして、不作動時間の間、望ましくないレーザ
出力を生じさせる虞れを伴わずに、レーザエネルギを正確に発生することが実現
される。
【0031】 次に、図4を参照しつつ、本発明の第二の実施の形態によるレーザパワー制御
回路150´について説明する。本発明のこの第二の実施の形態は、PWM周波
数及び負荷サイクルを動的に又はプログラム化可能に制御することを許容する仕
方にてパルス幅変調のレーザ制御を行う点で特に有益である。レーザパワー制御
回路150´の以下の説明は、別個の集積回路により具体化するのに適した形態
にて記載する。しかし、レーザパワー制御回路150´は、特別なプログラム化
可能な論理又はマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセス(DSP)のよう
な高度の命令プログラム論理回路を介して実現することも可能であることを理解
すべきである。
回路150´について説明する。本発明のこの第二の実施の形態は、PWM周波
数及び負荷サイクルを動的に又はプログラム化可能に制御することを許容する仕
方にてパルス幅変調のレーザ制御を行う点で特に有益である。レーザパワー制御
回路150´の以下の説明は、別個の集積回路により具体化するのに適した形態
にて記載する。しかし、レーザパワー制御回路150´は、特別なプログラム化
可能な論理又はマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセス(DSP)のよう
な高度の命令プログラム論理回路を介して実現することも可能であることを理解
すべきである。
【0032】 図4に図示するように、レーザパワー制御回路150´は、スキャナプロセッ
サ103から線DLPにて所望のレーザパワー信号(例えば、4乃至20mA)
の受け取るパワー入力回路164を含んでいる。また、例えば、ノブ、スライド
スイッチ又はキーボードの入力からのようなユーザ規定の入力を受け取るため、
手動の入力部163も設けられている。この選択した入力源(手動入力部163
又はパワー入力回路164)は、アナログ対デジタル変換器(ADC)168の
入力部に取り付けられる線INを駆動する。ADC168は、変換クロック16
9により発生されるクロック信号に基づいて、レーザ110の所望のパワーレベ
ルに対応するkビットのデジタル語を発生させ且つこのデジタル語をパルス幅記
憶装置170(電子的プログラム化可能な読取り専用記憶装置すなわちEPRO
Mの形態とされる)に及びパルス時間記憶装置172(EPROMとしての形態
ともされている)に付与する。傾斜選択回路162は、パルス幅及びパルス時間
EPROM170、172にも付与される信号を発生させ、この信号を介して、
PWM負荷サイクル及び周波数の基礎を選択することができる。パルス幅EPR
OM170及びパルス時間EPROM172の出力は、加算器176、178に
それぞれ付与される。
サ103から線DLPにて所望のレーザパワー信号(例えば、4乃至20mA)
の受け取るパワー入力回路164を含んでいる。また、例えば、ノブ、スライド
スイッチ又はキーボードの入力からのようなユーザ規定の入力を受け取るため、
手動の入力部163も設けられている。この選択した入力源(手動入力部163
又はパワー入力回路164)は、アナログ対デジタル変換器(ADC)168の
入力部に取り付けられる線INを駆動する。ADC168は、変換クロック16
9により発生されるクロック信号に基づいて、レーザ110の所望のパワーレベ
ルに対応するkビットのデジタル語を発生させ且つこのデジタル語をパルス幅記
憶装置170(電子的プログラム化可能な読取り専用記憶装置すなわちEPRO
Mの形態とされる)に及びパルス時間記憶装置172(EPROMとしての形態
ともされている)に付与する。傾斜選択回路162は、パルス幅及びパルス時間
EPROM170、172にも付与される信号を発生させ、この信号を介して、
PWM負荷サイクル及び周波数の基礎を選択することができる。パルス幅EPR
OM170及びパルス時間EPROM172の出力は、加算器176、178に
それぞれ付与される。
【0033】 レーザパワー制御回路150´は、パルス幅カウンタ184及びパルス時間カ
ウンタ188に周期的信号を付与するカウンタクロック175を更に備えており
、該カウンタの各々は、カウンタクロック175の信号の各周期に対してデジタ
ルカウント語を進める。パルス幅比較器180は、パルス幅カウンタ184によ
り発生されたカウント値を加算器176により通信されたパルス幅EPROM1
70からパルス幅値と比較し、パルス幅比較器182は、パルス時間カウンタ1
88により発生されたカウント値を加算器178により通信されたパルス幅EP
ROM172からパルス時間値と比較する。現在のパルス幅カウント値が加算器
176からのパルス幅値以下であることに応答して、パルス幅比較器180はそ
の出力部に作用可能な信号を発生し、この信号は、信号調節回路190を介して
、線LPにてレーザ110への作用可能な信号を駆動する。パルス幅カウント値
が加算器176により設定された値に達すると、出力信号は不作動とされる。パ
ルス幅のカウント値が加算器178により設定された値に達すると、パルス幅カ
ウンタ184及びパルス時間カウンタ188の双方がリセットされ、次のPWM
サイクルに対する過程が再開される。
ウンタ188に周期的信号を付与するカウンタクロック175を更に備えており
、該カウンタの各々は、カウンタクロック175の信号の各周期に対してデジタ
ルカウント語を進める。パルス幅比較器180は、パルス幅カウンタ184によ
り発生されたカウント値を加算器176により通信されたパルス幅EPROM1
70からパルス幅値と比較し、パルス幅比較器182は、パルス時間カウンタ1
88により発生されたカウント値を加算器178により通信されたパルス幅EP
ROM172からパルス時間値と比較する。現在のパルス幅カウント値が加算器
176からのパルス幅値以下であることに応答して、パルス幅比較器180はそ
の出力部に作用可能な信号を発生し、この信号は、信号調節回路190を介して
、線LPにてレーザ110への作用可能な信号を駆動する。パルス幅カウント値
が加算器176により設定された値に達すると、出力信号は不作動とされる。パ
ルス幅のカウント値が加算器178により設定された値に達すると、パルス幅カ
ウンタ184及びパルス時間カウンタ188の双方がリセットされ、次のPWM
サイクルに対する過程が再開される。
【0034】 エラー信号は、エラー入力回路177により受け取られ且つ信号調節回路19
0に送られる。該信号調節回路自体は、図4に図示するように、フィードバック
制御に使用される追加的なエラー信号を発生させる。
0に送られる。該信号調節回路自体は、図4に図示するように、フィードバック
制御に使用される追加的なエラー信号を発生させる。
【0035】 本発明のこの第二の実施の形態によれば、レーザパワー制御回路150´は、
第一のパルス引伸ばし回路166と、増倍管174とを更に備えている。第一の
パルス引伸ばし回路166は、時間の長さ(カウンタクロック175からのクロ
ック信号の時間)に対応するデジタル語を保持するレジスタ又はその他のデジタ
ル記憶装置に過ぎず、このカウンタクロックにより、最初のレーザパルスはさも
なければパルス幅変調過程にて決定されるであろう長さよりも長くされる。例え
ば、カウンタクロック175は、66.67MHzにて作動する場合、20DE
OS LC−50レーザ110に対して20マイクロ秒パルスを発生させること
は、第一のパルス引伸ばし回路166に記憶させた535hのデジタル語によっ
て実施することができる。第一のパルス引伸ばし回路166の出力は、その反対
側の入力部にて「ゼロ」値を受け取る増倍管174の1つの入力に付与される。
増倍管174は、スキャナプロセッサ103からゲート信号LON/LOFFを
その入力部にて受け取るゲート165により制御される。ゲート165は、線G
ATEにゲート信号を発生させ、このゲート信号は、増倍管174、パルス幅カ
ウンタ184及びパルス時間カウンタ188に付与されて、PWM波形の最初の
パルスの存在を表示する。線GATEにおけるこの信号は、また信号調節回路1
90にも付与される。また、増倍管174は、以下に詳細に説明するように、パ
ルス幅比較器180の出力によっても制御される。線FSTにおける増倍管17
4の出力は、図4に図示するように加算器176、178の双方に付与される。
第一のパルス引伸ばし回路166と、増倍管174とを更に備えている。第一の
パルス引伸ばし回路166は、時間の長さ(カウンタクロック175からのクロ
ック信号の時間)に対応するデジタル語を保持するレジスタ又はその他のデジタ
ル記憶装置に過ぎず、このカウンタクロックにより、最初のレーザパルスはさも
なければパルス幅変調過程にて決定されるであろう長さよりも長くされる。例え
ば、カウンタクロック175は、66.67MHzにて作動する場合、20DE
OS LC−50レーザ110に対して20マイクロ秒パルスを発生させること
は、第一のパルス引伸ばし回路166に記憶させた535hのデジタル語によっ
て実施することができる。第一のパルス引伸ばし回路166の出力は、その反対
側の入力部にて「ゼロ」値を受け取る増倍管174の1つの入力に付与される。
増倍管174は、スキャナプロセッサ103からゲート信号LON/LOFFを
その入力部にて受け取るゲート165により制御される。ゲート165は、線G
ATEにゲート信号を発生させ、このゲート信号は、増倍管174、パルス幅カ
ウンタ184及びパルス時間カウンタ188に付与されて、PWM波形の最初の
パルスの存在を表示する。線GATEにおけるこの信号は、また信号調節回路1
90にも付与される。また、増倍管174は、以下に詳細に説明するように、パ
ルス幅比較器180の出力によっても制御される。線FSTにおける増倍管17
4の出力は、図4に図示するように加算器176、178の双方に付与される。
【0036】 作動時、レーザパワーパラメータは、傾斜選択162から傾斜選択信号に応答
し且つ線INにおける入力パワー信号(手動入力163又はパワー入力164の
何れかから)の入力パワー信号に応答して、パルス幅EPROM170及びパル
ス時間EPROM172に発生され、ADC168によりデジタル形態に変換さ
れる。ADC168からのデジタル語は、パルス幅EPROM170及びパルス
時間EPROM172の各々に付与され、EPROM170、172からの出力
は、加算器176、178にそれぞれ付与される。このレーザパラメータの設定
は、PWM波形が開始する前に行うことができる。
し且つ線INにおける入力パワー信号(手動入力163又はパワー入力164の
何れかから)の入力パワー信号に応答して、パルス幅EPROM170及びパル
ス時間EPROM172に発生され、ADC168によりデジタル形態に変換さ
れる。ADC168からのデジタル語は、パルス幅EPROM170及びパルス
時間EPROM172の各々に付与され、EPROM170、172からの出力
は、加算器176、178にそれぞれ付与される。このレーザパラメータの設定
は、PWM波形が開始する前に行うことができる。
【0037】 図1、図2の選択的レーザ焼結の例において、目標面105にて粉体の一部を
走査することを開始したとき、ゲート165は、作動状態にて信号LON/LO
FFを受け取り、レーザ110を作動すべき作動可能な状態であること示す(不
作動にされた後)。一方、ゲート165は、増倍管174を制御すべく線GAT
Eに信号を発生し、線FSTに従って加算器176、178に付与すべき第一の
パルス引伸ばし回路166の出力を選択する。線GATEにおけるこの信号はま
たパルス幅カウンタ184及びパルス時間カウンタ188にも送られて、これら
カウンタの各々をリセットする。カウンタクロック174は、パルス幅カウンタ
184及びパルス時間カウンタ188のカウント値を進めて、これらカウント値
は、パルス幅比較器180及びパルス時間比較器182にそれぞれ付与される。
信号LON/LOFFが作用可能となり、増倍管174が第一のパルス引伸ばし
回路166の出力を加算器176、178に付与するこの第一のパルスの間、パ
ルス幅比較器180及びパルス時間比較器182がパルス幅カウンタ184のカ
ウント値及びパルス時間カウンタ188からのカウント値と比較される値は、パ
ルス幅EPROM170及びパルス時間EPROM172により決定された値よ
りも増大する。勿論、この増加程度は、線FSTにて第一のパルス引伸ばし回路
166及び増倍管174により提供される値により決定される。その結果、パル
ス幅比較器180により発生され且つ線LPによりレーザ110に付与すべく信
号調節回路190に付与されるパルス持続時間は、第一のパルス引伸ばし回路1
66により特定された程度だけ長くなる。またパルス時間は、加算器178の作
動を通じてこれと等しい程度だけ長くされる。
走査することを開始したとき、ゲート165は、作動状態にて信号LON/LO
FFを受け取り、レーザ110を作動すべき作動可能な状態であること示す(不
作動にされた後)。一方、ゲート165は、増倍管174を制御すべく線GAT
Eに信号を発生し、線FSTに従って加算器176、178に付与すべき第一の
パルス引伸ばし回路166の出力を選択する。線GATEにおけるこの信号はま
たパルス幅カウンタ184及びパルス時間カウンタ188にも送られて、これら
カウンタの各々をリセットする。カウンタクロック174は、パルス幅カウンタ
184及びパルス時間カウンタ188のカウント値を進めて、これらカウント値
は、パルス幅比較器180及びパルス時間比較器182にそれぞれ付与される。
信号LON/LOFFが作用可能となり、増倍管174が第一のパルス引伸ばし
回路166の出力を加算器176、178に付与するこの第一のパルスの間、パ
ルス幅比較器180及びパルス時間比較器182がパルス幅カウンタ184のカ
ウント値及びパルス時間カウンタ188からのカウント値と比較される値は、パ
ルス幅EPROM170及びパルス時間EPROM172により決定された値よ
りも増大する。勿論、この増加程度は、線FSTにて第一のパルス引伸ばし回路
166及び増倍管174により提供される値により決定される。その結果、パル
ス幅比較器180により発生され且つ線LPによりレーザ110に付与すべく信
号調節回路190に付与されるパルス持続時間は、第一のパルス引伸ばし回路1
66により特定された程度だけ長くなる。またパルス時間は、加算器178の作
動を通じてこれと等しい程度だけ長くされる。
【0038】 この長くしたすなわち「引き伸ばした」最初のレーザパルスは、レーザ110
に付与されて、レーザ媒質をポンピングして分布反転にし、この第一のパルス端
部付近にてレーザ出力が得られる。このように、第一のパルスが得られるレーザ
エネルギ量の正確さが向上し、特に、レーザが最初のパルスにても出力を開始し
ない従来の配置に優る程度に向上する。分布反転が一度び得られたならば、次に
、PWM波形の後続のパルスが所望のレーザ出力を正確に発生させる。
に付与されて、レーザ媒質をポンピングして分布反転にし、この第一のパルス端
部付近にてレーザ出力が得られる。このように、第一のパルスが得られるレーザ
エネルギ量の正確さが向上し、特に、レーザが最初のパルスにても出力を開始し
ない従来の配置に優る程度に向上する。分布反転が一度び得られたならば、次に
、PWM波形の後続のパルスが所望のレーザ出力を正確に発生させる。
【0039】 パルス時間比較器182により決定された第一のパルス時間が完了したとき、
パルス幅カウンタ184及びパルス時間カウンタ188はリセットされ、そのそ
れぞれの計数は、カウンタクロック175からのクロックの各時間と共に再開す
る。しかし、パルス幅比較器180により第二の(従って後続の)パルスが発生
されると、増倍管174は、第一のパルス引伸ばし回路166からの値(第一の
パルスの場合のように)ではなくて、線FSTにて加算器176、178に付与
される「ゼロ」値を選択するように制御される。従って、EPROM170、1
72からのそれぞれのパルス幅及びパルス時間の値は、PWM波形の第二のパル
ス及び追加的なパルスに対してパルス幅比較器180及びパルス時間比較器18
2により使用される。このように、パルスの「引き伸ばし」は、第一のパルスに
のみ付与され、後続のパルスには付与されない。その後、この作動は、線LON
/LOFFにより示すように、レーザ110が停止される迄、続行し、スキャナ
プロセッサ103により不作動状態に駆動される。
パルス幅カウンタ184及びパルス時間カウンタ188はリセットされ、そのそ
れぞれの計数は、カウンタクロック175からのクロックの各時間と共に再開す
る。しかし、パルス幅比較器180により第二の(従って後続の)パルスが発生
されると、増倍管174は、第一のパルス引伸ばし回路166からの値(第一の
パルスの場合のように)ではなくて、線FSTにて加算器176、178に付与
される「ゼロ」値を選択するように制御される。従って、EPROM170、1
72からのそれぞれのパルス幅及びパルス時間の値は、PWM波形の第二のパル
ス及び追加的なパルスに対してパルス幅比較器180及びパルス時間比較器18
2により使用される。このように、パルスの「引き伸ばし」は、第一のパルスに
のみ付与され、後続のパルスには付与されない。その後、この作動は、線LON
/LOFFにより示すように、レーザ110が停止される迄、続行し、スキャナ
プロセッサ103により不作動状態に駆動される。
【0040】 このため、本発明のこの第二の実施の形態によれば、PWM系統のパルスの最
初のパルスは、第一のパルス引伸ばし回路166により規定された持続時間だけ
「引き伸ばされる」。上述したように、この引き伸ばしの所望の持続時間は、プ
ログラム化可能に選択し且つ第一のパルス引伸ばし回路166内に記憶させる。
この第一のパルスの引き伸ばしは、それ以前にレーザを停止させた時間の長さに
関係なく、分布反転及び最初のPWMパルスからのレーザの出力を確実にする。
このようにして、従来の「チクル」方策にて生ずるような不作動時間の間の望ま
しくないレーザ出力作用及びQスイッチのコストを伴うことなく、全てのサイク
ルにてレーザエネルギの正確な発生が実現される。
初のパルスは、第一のパルス引伸ばし回路166により規定された持続時間だけ
「引き伸ばされる」。上述したように、この引き伸ばしの所望の持続時間は、プ
ログラム化可能に選択し且つ第一のパルス引伸ばし回路166内に記憶させる。
この第一のパルスの引き伸ばしは、それ以前にレーザを停止させた時間の長さに
関係なく、分布反転及び最初のPWMパルスからのレーザの出力を確実にする。
このようにして、従来の「チクル」方策にて生ずるような不作動時間の間の望ま
しくないレーザ出力作用及びQスイッチのコストを伴うことなく、全てのサイク
ルにてレーザエネルギの正確な発生が実現される。
【0041】 このため、上記の実施の形態の各々において、比較的低コストにて改良された
レーザ精度が得られる。この改良された精度は、選択的レーザ焼結、立体リソグ
ラフィ、積層物品の製造のような迅速な原型製造用途を含む、特定の用途にて特
に重要である。かかる用途において、最初のレーザパルスからレーザエネルギを
確実に発生させることは、形成される製品の寸法及び形状を高度に忠実化し且つ
製品の全体を通じて構造的強度を一定にすることを可能にする。
レーザ精度が得られる。この改良された精度は、選択的レーザ焼結、立体リソグ
ラフィ、積層物品の製造のような迅速な原型製造用途を含む、特定の用途にて特
に重要である。かかる用途において、最初のレーザパルスからレーザエネルギを
確実に発生させることは、形成される製品の寸法及び形状を高度に忠実化し且つ
製品の全体を通じて構造的強度を一定にすることを可能にする。
【0042】 その好ましい実施の形態に関して本発明を説明したが、勿論、当業者は、本明
細書及び図面を参照することにより、本発明の利点及び有益性が得られる改変例
及び代替例が明らかであると考えられる。かかる改変例及び代替例は特許請求の
範囲に記載した本発明の範囲に属するものと考えられる。
細書及び図面を参照することにより、本発明の利点及び有益性が得られる改変例
及び代替例が明らかであると考えられる。かかる改変例及び代替例は特許請求の
範囲に記載した本発明の範囲に属するものと考えられる。
【図1】 本発明の好ましい実施の形態による選択的レーザ焼結装置の斜視図的な切欠い
た概略図である。
た概略図である。
【図2】 本発明の好ましい実施の形態によるレーザ制御装置の斜視図的な切欠いた概略
図である。
図である。
【図3】 本発明の第一の実施の形態によるレーザパワー制御装置の機能ブロック図であ
る。
る。
【図4】 本発明の第二の実施の形態によるレーザパワー制御装置の機能ブロック図であ
る。
る。
【手続補正書】
【提出日】平成13年1月11日(2001.1.11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
Claims (17)
- 【請求項1】 レーザパワー制御装置において、 所望のレーザパワー信号に応答してレーザパワーパラメータを発生させる回
路と、 発生回路からのレーザパワーパラメータに応答してレーザに付与すべき一連
のパルスを発生させるPWM回路と、 レーザを作動させるべきことを表示するゲート信号に応答してレーザに付与
される選択された持続時間の第一のレーザパルスを発生させる最初のパルス回路
とを備える、レーザパワー制御装置。 - 【請求項2】 請求項1のレーザパワー制御装置において、最初のパルス回
路が、 ゲート信号に応答して第一のレーザパルスを発生させるワンショットマルチ
バイブレータと、 ワンショットマルチバイブレータ及びPWM回路に接続された入力部と、そ
の入力部の何れかにて発生されたパルスを提供する出力部とを有する分離性論理
機能部分とを備える、レーザパワー制御装置。 - 【請求項3】 請求項2のレーザパワー制御装置において、 分離性論理機能部分の出力部に接続された入力部と、ゲート信号を受け取る
入力部とを有する接合的論理機能部分であって、ゲート信号が作用可能な時間の
間、ワンショットマルチバイブレータ又はPWM回路の何れかからのパルスを提
供する出力部を有する接合的論理機能部分を更に備える、レーザパワー制御装置
。 - 【請求項4】 請求項2のレーザパワー制御装置において、PWM回路が、
ワンショットマルチバイブレータの出力部に接続された作動入力部を有する、レ
ーザパワー制御装置。 - 【請求項5】 請求項4のレーザパワー制御装置において、PWM回路が、
ワンショットマルチバイブレータにより発生された第一のレーザパルスの終了に
応答して作動可能とされる、レーザパワー制御装置。 - 【請求項6】 請求項1のレーザパワー制御装置において、最初のパルス回
路が、 レーザの最初のパルスをレーザパラメータにより表示された値から長くする
選択した持続時間に対応する1つの値を記憶する第一のパルス引伸ばし記憶装置
を備え、 PWM回路が、 各PWMパルスの持続時間を決定するパルス幅制限回路と、 第一のパルス引伸ばし記憶装置からの選択された持続時間を、ゲート信号に
応答して、パルス幅制限回路により決定された持続時間に追加するパルス幅加算
器とを備える、レーザパワー制御装置。 - 【請求項7】 請求項1のレーザパワー制御装置において、PWM回路が、 カウンタクロックと、 レーザにより使用されるPWM波形を提供する信号出力回路とを更に備え、
パルス幅制限回路が、 カウンタクロックにより発生されたクロック信号に応答可能なパルス幅カウ
ント値を進めるパルス幅カウンタと、 入力部にて所望のレーザパワー信号を受け取り、該信号に応答可能なパルス
幅値をパルス幅加算器に提供するパルス幅記憶装置と、 パルス幅加算器の値をパルス幅カウント値と比較し、パルス幅カウント値が
パルス幅加算器の値以下であることに応答して、信号出力回路に対するパルス信
号を発生させるパルス幅比較器とを更に備える、レーザパワー制御装置。 - 【請求項8】 請求項7のレーザパワー制御装置において、PWM回路が、 カウンタクロックにより発生されたクロック信号に応答可能なパルス時間カ
ウント値を進めるパルス時間カウンタと、 入力部にて所望のレーザパワー信号を受け取り、該信号に応答可能なパルス
時間値を提供するパルス時間記憶装置と、 第一のパルス引伸ばし記憶装置からの選択された持続時間を、ゲート信号に
応答して、パルス時間記憶装置により決定された持続時間に加算するパルス時間
加算器と、 パルス時間加算器の値をパルス時間カウント値と比較し且つパルス時間カウ
ント値がパルス時間加算器の値に達するのに応答して、パルス幅カウンタ及びパ
ルス時間カウンタをリセットする、パルス時間比較器とを更に備える、レーザパ
ワー制御装置。 - 【請求項9】 請求項8のレーザパワー制御装置において、最初のパルス回
路が、 第一のパルス引伸ばし記憶装置に接続された第一の入力部と、ゼロに設定さ
れた第二の入力部と、パルス幅加算器及びパルス時間加算器に接続された出力部
とを有する増倍管であって、レーザを作動させるべきときを示すゲート信号に応
答してその第一の入力を選択し得るようにゲート信号により制御され、第二のパ
ルスを発生するパルス幅比較器に応答して、その第二の入力を選択し得るように
パルス幅比較器により制御される増倍管を更に備える、レーザパワー制御装置。 - 【請求項10】 迅速原型製造装置において、 可溶性物質用の容器であって、可溶性物質の目標面を画定する容器と、 目標面にて可溶性物質の溶融照射位置に適した波長のレーザエネルギを放出す
るレーザと、 製造すべき製品の断面積に対応する目標面の選択した位置にレーザエネルギを
向けるレーザ方向制御装置と、 レーザパワー制御装置とを備え、該レーザパワー制御装置が、 所望のレーザパワー信号に応答してレーザパワーパラメータを発生させる回
路と、 発生回路からのレーザパワーパラメータに応答してレーザに付与すべき一連
のパルスを発生させるPWM回路と、 レーザを作動させるべきことを表示するゲート信号に応答してレーザに付与
される選択された持続時間の第一のレーザパルスを発生させる最初のパルス回路
とを備える、迅速原型製造装置。 - 【請求項11】 請求項10の迅速原型製造装置において、最初のパルス回
路が、 ゲート信号に応答して第一のレーザパルスを発生させるワンショットマルチ
バイブレータと、 ワンショットマルチバイブレータ及びPWM回路に接続された入力部と、レ
ーザに接続された出力部とを有する分離性の論理機能部分とを備える、迅速原型
製造装置。 - 【請求項12】 請求項11の迅速原型製造装置において、 分離性論理機能部分の出力部に接続された入力部と、ゲート信号を受け取る
入力部と、レーザに接続された出力部とを有する接合的論理機能部分を更に備え
る、迅速原型製造装置。 - 【請求項13】 請求項11の迅速原型製造装置において、PWM回路がワ
ンショットマルチバイブレータの出力部に接続された作動入力部を有する、迅速
原型製造装置。 - 【請求項14】 請求項10の迅速原型製造装置において、最初のパルス回
路が、 レーザパラメータにより表示された値からレーザの最初の長さを長くすべき
選択した持続時間に対応する1つの値を記憶する第一のパルス引伸ばし記憶装置
を備え、 PWM回路が、 各PWMパルスの持続時間を決定するパルス幅制限回路と、 第一のパルス引伸ばし記憶装置からの選択された持続時間を、ゲート信号に
応答して、パルス幅制限回路により決定された持続時間に加算するパルス幅加算
器とを備える、迅速原型製造装置。 - 【請求項15】 請求項14の迅速原型製造装置において、PWM回路が、 カウンタクロックと、 レーザにより使用されるPWM波形を提供する信号出力回路とを更に備え、
パルス幅制限回路が、 カウンタクロックにより発生されたクロック信号に応答可能なパルス幅カウ
ント値を進めるパルス幅カウンタと、 入力部にて所望のレーザパワー信号を受け取り、該信号に応答可能なパルス
幅値をパルス幅加算器に提供するパルス幅記憶装置と、 パルス幅加算器の値をパルス幅カウント値と比較し、パルス幅カウント値が
パルス幅加算器の値以下であることに応答して、信号出力回路に対しパルス信号
を発生させるパルス幅比較器とを更に備える、迅速原型製造装置。 - 【請求項16】 請求項15の迅速原型製造装置において、PWM回路が、 カウンタクロックにより発生されたクロック信号に応答可能なパルス時間カ
ウント値を進めるパルス時間カウンタと、 入力部にて所望のレーザパワー信号を受け取り、該信号に応答可能なパルス
時間値を提供するパルス時間記憶装置と、 第一のパルス引伸ばし記憶装置からの選択された持続時間を、ゲート信号に
応答して、パルス時間記憶装置により決定された持続時間に加算するパルス時間
加算器と、 パルス時間加算器の値をパルス時間カウント値と比較し且つパルス時間カウ
ント値がパルス時間加算器の値に達するのに応答して、パルス幅カウンタ及びパ
ルス時間カウンタをリセットする、パルス時間比較器とを更に備える、迅速原型
製造装置。 - 【請求項17】 請求項16の迅速原型製造装置において、最初のパルス回
路が、 第一のパルス引伸ばし記憶装置に接続された第一の入力部と、ゼロに設定さ
れ且つパルス幅加算器及びパルス時間加算器に接続された出力部とを有する増倍
管であって、レーザを作動させるべきときを示すゲート信号に応答してその第一
の入力を選択し得るようにゲート信号により制御され、第二のパルスを発生する
パルス幅比較器に応答して、その第二の入力を選択し得るようにパルス幅比較器
により制御される増倍管を更に備える、迅速原型製造装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/111,392 US6151345A (en) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | Laser power control with stretched initial pulses |
US09/111,392 | 1998-07-07 | ||
PCT/US1999/015182 WO2000002293A1 (en) | 1998-07-07 | 1999-07-06 | Laser power control with stretched initial pulses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002520825A true JP2002520825A (ja) | 2002-07-09 |
Family
ID=22338282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000558592A Pending JP2002520825A (ja) | 1998-07-07 | 1999-07-06 | 最初のパルスが引き伸ばされたレーザパワー制御 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6151345A (ja) |
JP (1) | JP2002520825A (ja) |
KR (1) | KR20010079515A (ja) |
DE (1) | DE19983358T1 (ja) |
GB (1) | GB2355580B (ja) |
WO (1) | WO2000002293A1 (ja) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6433507B1 (en) * | 2000-02-18 | 2002-08-13 | Siemens Automotive Inc. | Spread spectrum motor control circuit |
US6753947B2 (en) | 2001-05-10 | 2004-06-22 | Ultratech Stepper, Inc. | Lithography system and method for device manufacture |
GB2378150A (en) | 2001-07-31 | 2003-02-05 | Dtm Corp | Fabricating a three-dimensional article from powder |
GB2378151A (en) | 2001-07-31 | 2003-02-05 | Dtm Corp | Fabricating a three-dimensional article from powder |
US7203472B2 (en) * | 2002-03-15 | 2007-04-10 | Nokia Corporation | Method and apparatus providing calibration technique for RF performance tuning |
US6874892B1 (en) | 2003-11-13 | 2005-04-05 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Color setting monitoring system for a digital projector |
US7292616B2 (en) * | 2005-02-09 | 2007-11-06 | Ultratech, Inc. | CO2 laser stabilization systems and methods |
US7339712B2 (en) * | 2005-03-22 | 2008-03-04 | 3D Systems, Inc. | Laser scanning and power control in a rapid prototyping system |
US7403214B2 (en) * | 2006-02-21 | 2008-07-22 | Lexmark International, Inc. | Systems and methods for adjusting the dynamic range of a scanning laser beam |
US7897895B2 (en) * | 2006-05-01 | 2011-03-01 | General Electric Company | System and method for controlling the power level of a laser apparatus in a laser shock peening process |
WO2010028346A1 (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-11 | Ams Research Corporation | Laser system having swithchable power modes |
DE102011079518A1 (de) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | Evonik Degussa Gmbh | Verbesserte Bauteileigenschaften durch optimierte Prozessführung im Laser-Sintern |
CN105163930B (zh) | 2013-03-15 | 2017-12-12 | 3D系统公司 | 用于激光烧结系统的滑道 |
US9486878B2 (en) | 2014-06-20 | 2016-11-08 | Velo3D, Inc. | Apparatuses, systems and methods for three-dimensional printing |
BR112018001316A2 (pt) | 2015-07-23 | 2018-09-11 | Koninklijke Philips Nv | sistema e método de impressão a laser |
CN108367498A (zh) | 2015-11-06 | 2018-08-03 | 维洛3D公司 | Adept三维打印 |
US10071422B2 (en) | 2015-12-10 | 2018-09-11 | Velo3D, Inc. | Skillful three-dimensional printing |
WO2017143077A1 (en) | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Velo3D, Inc. | Accurate three-dimensional printing |
WO2018005439A1 (en) | 2016-06-29 | 2018-01-04 | Velo3D, Inc. | Three-dimensional printing and three-dimensional printers |
US11691343B2 (en) | 2016-06-29 | 2023-07-04 | Velo3D, Inc. | Three-dimensional printing and three-dimensional printers |
US10661341B2 (en) | 2016-11-07 | 2020-05-26 | Velo3D, Inc. | Gas flow in three-dimensional printing |
US20180186082A1 (en) | 2017-01-05 | 2018-07-05 | Velo3D, Inc. | Optics in three-dimensional printing |
US10369629B2 (en) | 2017-03-02 | 2019-08-06 | Veo3D, Inc. | Three-dimensional printing of three-dimensional objects |
US20180281284A1 (en) | 2017-03-28 | 2018-10-04 | Velo3D, Inc. | Material manipulation in three-dimensional printing |
CN107718533A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-23 | 北京恒创增材制造技术研究院有限公司 | 一种fdm三维打印机在线智能检测控制系统 |
US10272525B1 (en) | 2017-12-27 | 2019-04-30 | Velo3D, Inc. | Three-dimensional printing systems and methods of their use |
US10144176B1 (en) | 2018-01-15 | 2018-12-04 | Velo3D, Inc. | Three-dimensional printing systems and methods of their use |
CA3148849A1 (en) | 2019-07-26 | 2021-02-04 | Velo3D, Inc. | Quality assurance in formation of three-dimensional objects |
AT524985B1 (de) * | 2021-03-24 | 2023-10-15 | Trotec Laser Gmbh | Verfahren zum Festlegen eines Laser-Ansteuersignals für unterschiedliche Lasertypen und Laserplotter sowie Galvo-Markierlaser hierfür |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3617932A (en) * | 1969-06-16 | 1971-11-02 | Bell Telephone Labor Inc | Method for pulse-width-modulating semiconductor lasers |
US4247508B1 (en) * | 1979-12-03 | 1996-10-01 | Dtm Corp | Molding process |
US4590598A (en) * | 1984-06-13 | 1986-05-20 | Britt Corporation | Pulsed laser system |
US4540867A (en) * | 1984-06-25 | 1985-09-10 | Motorola, Inc. | Linearized scanning system and method for an energy beam |
US4863538A (en) * | 1986-10-17 | 1989-09-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for producing parts by selective sintering |
US4944817A (en) * | 1986-10-17 | 1990-07-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Multiple material systems for selective beam sintering |
US5017753A (en) * | 1986-10-17 | 1991-05-21 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for producing parts by selective sintering |
US5076869A (en) * | 1986-10-17 | 1991-12-31 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Multiple material systems for selective beam sintering |
US5014207A (en) * | 1989-04-21 | 1991-05-07 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Solid imaging system |
CA2059805A1 (en) * | 1991-01-31 | 1992-08-01 | Katsumi Uesaka | Semiconductor laser device driving circuit |
US5352405A (en) * | 1992-12-18 | 1994-10-04 | Dtm Corporation | Thermal control of selective laser sintering via control of the laser scan |
US5430666A (en) * | 1992-12-18 | 1995-07-04 | Dtm Corporation | Automated method and apparatus for calibration of laser scanning in a selective laser sintering apparatus |
US5291505A (en) * | 1993-01-21 | 1994-03-01 | Hughes Aircraft Company | Active energy control for diode pumped laser systems using pulsewidth modulation |
US5303248A (en) * | 1993-03-01 | 1994-04-12 | Litton Systems, Inc. | Laser apparatus and method employing digital filter controlled pulse width modulation |
US5349591A (en) * | 1993-04-26 | 1994-09-20 | Positive Light, Inc. | Laser pulse stretcher and compressor with single parameter wavelength tunability |
DE4414585A1 (de) * | 1994-04-27 | 1995-11-02 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung kurzer Laserpulse |
JP2655508B2 (ja) * | 1995-03-07 | 1997-09-24 | 日本電気株式会社 | 光送信回路 |
DE19634969B4 (de) * | 1996-08-29 | 2004-05-13 | Lambda Physik Ag | Verfahren zum Einstellen der Impulsenergie eines optisch gepumpten Festkörperlasers und optisch gepumpter Festkörperlaser |
-
1998
- 1998-07-07 US US09/111,392 patent/US6151345A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-07-06 WO PCT/US1999/015182 patent/WO2000002293A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-07-06 GB GB0100633A patent/GB2355580B/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-07-06 JP JP2000558592A patent/JP2002520825A/ja active Pending
- 1999-07-06 KR KR1020017000298A patent/KR20010079515A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-07-06 DE DE19983358T patent/DE19983358T1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2355580A (en) | 2001-04-25 |
US6151345A (en) | 2000-11-21 |
DE19983358T1 (de) | 2001-05-31 |
WO2000002293A1 (en) | 2000-01-13 |
GB0100633D0 (en) | 2001-02-21 |
GB2355580B (en) | 2003-09-10 |
KR20010079515A (ko) | 2001-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2002520825A (ja) | 最初のパルスが引き伸ばされたレーザパワー制御 | |
US11958235B2 (en) | 3D printing using rotational components and improved light sources | |
KR0185231B1 (ko) | 큐 스위치의 제어된 펄스 폭을 사용하는 레이저 마아킹 시스템 및 방법 | |
US20130154160A1 (en) | Stereolithography Systems and Methods Using Internal Laser Modulation | |
US10792861B2 (en) | Method for manufacturing a three-dimensional object | |
US7747341B2 (en) | Method and device for the production of a three-dimensional multi-material component by means of ink-jet-type printing | |
US6694207B2 (en) | Selective laser sintering with interleaved fill scan | |
EP1705616B1 (en) | Laser scanning and power control in a rapid prototyping system | |
JP2004130793A (ja) | 三次元オブジェクトを一層毎に製造する装置及びその方法 | |
TWI523357B (zh) | Laser processing device and laser processing method | |
US6038240A (en) | Method and solid-state laser system for generating laser pulses with a variable pulse repetition frequency and constant beam characteristics | |
CN112338202A (zh) | 基于混合激光源的金属材料3d打印方法、系统及设备 | |
JP5739010B2 (ja) | 内部レーザ変調を使用したステレオリソグラフィー・システムおよび方法 | |
US20210402474A1 (en) | Additive manufacturing of metals | |
JP2004232043A (ja) | 積層造形方法 | |
JP3487404B2 (ja) | 半導体レーザ励起qスイッチ発振固体レーザ装置 | |
JP2003298160A (ja) | 固体レーザ装置 | |
US20220234283A1 (en) | Optical shaping device | |
JP2001332791A (ja) | Qスイッチレーザ装置 | |
JPH02260479A (ja) | レーザ発振装置 | |
JPH10321933A (ja) | 半導体励起固体レーザ | |
JP2003347636A (ja) | Qスイッチレーザ装置及びqスイッチ制御方法 | |
US11745266B2 (en) | Additive manufacturing of metals | |
JP3423029B2 (ja) | 光造形装置 | |
EP4253008A1 (en) | Three-dimensional modeling device and three-dimensional modeling method |