JP2003127238A - 充填走査がインターリーブ化された選択的レーザ焼結 - Google Patents

充填走査がインターリーブ化された選択的レーザ焼結

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JP2003127238A JP2002223183A JP2002223183A JP2003127238A JP 2003127238 A JP2003127238 A JP 2003127238A JP 2002223183 A JP2002223183 A JP 2002223183A JP 2002223183 A JP2002223183 A JP 2002223183A JP 2003127238 A JP2003127238 A JP 2003127238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 選択的レーザ焼結において各層の構築時間を
最小化する。 【解決手段】 ３次元物体を１層ずつ作製するためのコ
ンピュータ制御型装置及び方法。可融合粉末の層の分配
後、レーザが粉末層の選択された場所を照射し、粉末を
融合させてその層に形成されるべき物体の断面にし、複
数の融合された断面が一つに融合して物体になる。レー
ザは粉末層の選択された場所にわたるラスター走査方式
で制御される。平行なラスター走査線が中心線間で、選
択されたピッチ、すなわち充填走査線間隔値にしたがっ
て互いに隔てられる。平行走査線の位置は、形成される
断面の輪郭に対してではなく、粉末層における座標系に
対して決定され、交互する層において、平行走査線はピ
ッチの２分の１だけ互いにオフセットされる。この走査
線配置により、形成される物体の構造強度が最適化さ
れ、同時に、物体を形成するに必要な走査線の数が最小
化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高速試作の分野にあ
り、さらに詳しくは、選択的レーザ焼結による３次元物
体の作製に向けられる。
【０００２】
【従来の技術】部品の高速試作の分野は、近年、多くの
有用な物体の設計及び試験生産に使用するための高強度
で高密度の部品の提供において相当な進歩を遂げてき
た。「高速試作」とは一般に、従来形式の技術図面によ
る試作物体の機械加工によるのではなく、コンピュータ
支援設計(ＣＡＤ)データベースからの自動化態様におけ
る直接の物体製作を指す。この結果、技術設計から原型
部品製作までに要する時間が数週間からおよそ数時間に
まで短縮されている。
【０００３】背景として、高速試作技術の一例は、物体
がレーザ可融合粉末から一層ずつの態様で作製される、
米国テキサス州オースティン(Austin)のＤＴＭ社(DTM C
orporation)(現３Ｄシステムズ社(3D Systems, Inc.))
から入手できるシステムで実施される選択的レーザ焼結
プロセスである。このプロセスによれば、薄い粉末層が
分配され、次いで、物体の断面に対応する部分の粉末に
向けられるレーザエネルギーにより、融合、融成、また
は焼結される。ＤＴＭ社(現３Ｄシステムズ社)から入手
できるＳＩＮＴＥＲＳＴＡＴＩＯＮ２５００プラスシス
テムのような、従来の選択的レーザ焼結システムは、レ
ーザビームを偏向させるガルバノメータ駆動ミラーによ
りレーザビームを位置決めする。レーザビームの偏向
は、レーザ自体の変調と組み合わせて、可融合粉末層
の、この層に形成されるべき物体断面に対応する場所に
レーザエネルギーを向けるように制御される。ラスター
方式で粉末層面内をレーザで走査しながら、レーザ変調
を走査と組み合わせて実行することができ、あるいはレ
ーザをベクトル方式で向けることができる。断面の外形
線に沿ってベクトル方式で粉末を融合すること及び、そ
の前または後に、ベクトル描画外形線内の領域を「充
填」するラスター走査を行うことにより、粉末層に物体
断面が形成される用例もある。いずれの場合にも、与え
られた層における粉末の選択融合後、物体が完成される
まで、別の粉末層が次いで分配され、上記のプロセスが
繰り返されて、(物体に適切であるように)前の層の融合
部分に後の層の融合部分が融合される。
【０００４】選択的レーザ焼結技術の詳細な説明は、い
ずれもテキサスシステム大学理事会に譲渡された、米国
特許第４，８６３，５３８号、米国特許第５，１３２，
１４３号及び米国特許第４，９４４，８１７号、並びに
ＤＴＭ社(現３Ｄシステムズ社)に譲渡された米国特許第
４，２４７，５０８号に見ることができる。上記特許は
全て本明細書に参照として含まれる。選択的レーザ焼結
システムのためのレーザパワー制御システムは、いずれ
もＤＴＭ社(現３Ｄシステムズ社)に譲渡された、２００
０年７月４日発行の米国特許第６，０８５，１２２号及
び２０００年１１月２１日発行の米国特許第６，１５
１，３４５号に述べられている。これらの特許も本明細
書に参照として含まれる。さらなる背景として、ＤＴＭ
社(現３Ｄシステムズ社)に譲渡され、本明細書に参照と
して含まれる、１９９４年１０月４日発行の米国特許第
５，３５２，４０５号は、選択的レーザ焼結装置におけ
る、同じ粉末領域の隣り合う走査線に対して均一なレー
ザ帰線時間を与え、よって同じ構築シリンダ内の複数の
部品のそれぞれの断面にかけて一様な熱条件を与えるた
めの、粉末層面内レーザ走査方法を述べている。
【０００５】選択的レーザ焼結技術は、ポリスチレン、
ナイロン、その他のプラスチック、及び高分子材被覆金
属またはセラミックのような複合材を含む様々な材料か
らの解像度及び寸法確度の高い３次元物体の直接製作を
可能にした。ポリスチレン部品は、よく知られた「ロス
トワックス」法による金型作成に用いることができる。
さらに、選択的レーザ焼結は、作製された金型で成形さ
れるべき物体のＣＡＤデータベース表現からの金型の直
接作製に用いることができる。この場合には、粉末から
雌型を直接形成するために、形成されるべき物体のＣＡ
Ｄデータベース表現を「反転」するように、コンピュー
タが動作する。
【０００６】図１は、背景として、従来型選択的レーザ
焼結システム１００の構成及び動作を示す。図１に示さ
れるように、選択的レーザ焼結システム１００はチャン
バ１０２(明解さのため、チャンバ１０２のフロントド
ア及び天板は図１に示されていない)を備える。チャン
バ１０２は、物体作製に適切な温度及び雰囲気組成(一
般には窒素のような不活性雰囲気)を維持する。
【０００７】システム１００の粉末配送システムは、上
方に動いてある量の粉末を持ち上げるための、モーター
１１６で制御される供給ピストン１１４をチャンバ１０
２に備える。ＤＴＭ社(現３Ｄシステムズ社)から入手で
きるＳＩＮＴＥＲＳＴＡＴＩＯＮ２５００プラスシステ
ムに用いられているように、効率的でフレキシブルな粉
末配送のため、部品ピストン１０６の両側に２つの供給
ピストン１１４を装備することができる。部品ピストン
１０６は、処理されるべきそれぞれの粉末層の厚さを定
めるため、モーター１０８に制御されて、少しだけ、例
えば０．１２５ｍｍ、チャンバ１０２の床より下方に移
動する。ローラー１１８は、粉末を供給ピストン１１４
から標的表面１０４に移す逆転ローラーである。標的表
面１０４とは、本明細書における説明のため、部品ピス
トン１０６の上に配される(存在すれとすれば、先に焼
結された部分を含む)熱可融合粉末の上表面を指す。部
品ピストン１０６上に配された焼結及び未焼結粉末は、
本明細書で部品床１０７と称される。既知の別の粉末配
送システムは、ローラーまたはスクレーパのような配送
装置の前面において、部品ピストン１０６の上方から粉
末を供給する。
【０００８】図１の従来型選択的レーザ焼結システム１
００において、レーザビームがレーザ１１０により発生
され、レーザビームを偏向させるガルバノメータ駆動ミ
ラーを一般に備える走査システム１４２により、標的表
面１０４に照準される。レーザビームの偏向は、可融合
性粉末層の、この層に形成されるべき物体の断面に対応
する場所にレーザエネルギーを向けるように、レーザ１
１０自体の変調と組み合わされて、制御される。走査シ
ステム１４２は、ラスター走査方式またはベクトル方式
で粉末面内をレーザビームで走査させることができる。
物体の断面は、断面の外形線に沿うベクトル方式でのレ
ーザビーム走査をベクトル描画外形線内の領域を「充
填」するラスター走査と組み合わせることで粉末層に形
成されることが多い。
【０００９】次に図２ａから２ｃを参照すると、従来型
選択的レーザ焼結プロセスにおける、同じ構築シリンダ
内の複数の部品の間、及び連続的に走査される層の間で
の連続的な充填走査の関係が説明される。図２ａは、構
築サイクルで作製される３つの相異なる部品すなわち物
体のための断面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａが、現在
の粉末層に形成されている、標的表面１０４における粉
末層の一部分の略平面図である。本例においては、上で
論じたように、外形線ベクトル描画とラスター走査充填
との組み合わせにより、これらの断面１５２ａ，１５４
ａ，１５６ａが形成される。図２ｃの断面図に示される
ように、ベクトル走査外形線１６０が断面１５２ａ，１
５４ａ，１５６ａのそれぞれの外輪郭を定め、充填走査
線１６２が断面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａのそれぞ
れの内側をラスター走査方式で充填する。ベクトル走査
外形線１６０は、明解さのため、図２ａ(及び図２ｂ)に
は示されていない。図２ｂは、次の粉末層における断面
１５２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂの走査を平面図で示す。
【００１０】図２ａから２ｃに示されるように、充填走
査線１６２のラスター動作は、レーザビームの走査のそ
れぞれがｘ軸に平行な、「ｘ−高速」方式で実行され
る。逆に、本例における「遅」軸はｙ軸であり、それぞ
れのｘ方向走査の完了後に走査経路がｙ方向にインクリ
メントされる。一般に、走査がインクリメントする方向
は層毎に交互する。本例において、断面１５２ａ，１５
４ａ，１５６ａにおける遅軸方向は＋ｙ方向であり(図
２ａ)、一方、次の断面１５２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂ
における遅軸は−ｙ方向である(図２ｂ)。
【００１１】隣り合う充填走査線１６２の間隔は、図２
ａ及び２ｃに示されるように、隣り合う充填走査線１６
２間の距離Ｌで定められる。距離Ｌ、または少なくとも
その最大仕様値は、(Ｌの減少にともなって高まる)焼結
物体の構造強度と(Ｌの増大にともなって当然高まる)製
作速度との間のトレードオフにより定められる。距離Ｌ
は、得られる物体の特定の用途、用いられる特定の粉末
材料、及びその他の要因に依存するであろうと考えられ
る。
【００１２】隣り合う充填走査線１６２の間隔は当然、
走査線１６２の位置を相対的にしか定めない。層内の充
填走査線１６２の絶対的位置決めは、断面における初期
走査線位置にも依存する。上記の従来方法によれば、与
えられた断面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａ内の充填走
査線１６２の位置は、それぞれの断面の外輪郭に対して
決定され、距離Ｌに依存する。この位置決めは、外輪郭
がレーザビームによりベクトル描画されていない場合で
あっても、外輪郭に基づく。図２ｃは、遅軸インクリメ
ント方向が＋ｙ方向である断面１５４ａに対して、最初
の充填走査線が最右端ベクトル走査線１６０から(中心
線間で測って)距離Ｌである位置に設定されることを示
す。したがって、断面１５４ａにおける充填走査線１６
２のそれぞれは、前の充填走査線１６２から(やはり中
心線間で測って)距離Ｌだけ隔てられながら次々につく
られ、断面１５４ａ内の最終充填走査線１６２がつくら
れるに至る。図２ｃにおいて、充填走査線１６２は明解
さのために重なりのない態様で略示される。実際には、
隣り合う充填走査線１６２は互いに重なり合い、よって
隣り合う充填走査線１６２にある粉末は融合して一体と
なるであろう。
【００１３】図２ａを改めて参照すれば、断面１５２
ａ，１５４ａ，１５６ａのそれぞれの輪郭に基づいて、
それぞれの断面内の充填走査線１６２の位置を定めるこ
とにより、充填走査線１６２を互いに同一直線上に揃え
る必要がなくなる。例えば、断面１５４ａの充填走査線
１６２は、断面１５４ｂ，１５４ｃの充填走査線１６２
からｙ方向にオフセットされる。図２ａから明らかなよ
うに、断面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａの間の上記オ
フセットにより、これらの物体の作製において、多数の
走査線が走査されることになる。
【００１４】次に図２ｂを参照すれば、上記従来方法に
よると、断面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａが形成され
た層の上に次の粉末層を分配して散布した後、断面１５
２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂが次に形成される。次いで、
断面１５２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂがベクトル走査線１
６０(図２ｃ)及び充填走査線１６２により形成される。
本例においては、図２ｃに示されるように、断面１５２
ｂ，１５４ｂ，１５６ｂは断面１５２ａ，１５４ａ，１
５６ａと(ｘ及びｙ方向に)同じであり、したがってベク
トル走査線１６０はこれら２つの層において互いに重な
る。
【００１５】しかし、上述したように、断面１５２ｂ，
１５４ｂ，１５６ｂの遅軸インクリメントの方向は、断
面１５２ａ，１５４ａ，１５６ａに対して逆である。本
例において、断面１５２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂは−ｙ
方向にインクリメントされ、一方、断面１５２ａ，１５
４ａ，１５６ａは＋ｙ方向にインクリメントされる。図
２ｃに示されるように、−ｙ軸に沿う最左端ベクトル走
査線１６０に基づく最初の充填走査線１６２は、最左端
ベクトル走査線１６０から距離Ｌだけ隔てられる。逐次
する充填走査線１６２のそれぞれは、先の断面１５２
ａ，１５４ａ，１５６ａの場合と同様に、先行する充填
走査線から距離Ｌだけ隔てられる。
【００１６】本発明に関連して、外輪郭に基づいて充填
走査線１６２の位置を定める上記従来の方法では、層と
層の間を考えた場合、互いに何の関係もない充填走査線
１６２が生じることもわかった。例えば、図２ｃから明
らかなように、上層の充填走査線１６２とそのすぐ下の
層の隣り合う充填走査線１６２との間隔は一様ではな
い。図２ｃの例において、断面１５４ｂの充填走査線１
６２は、断面１５４ａの隣り合う充填走査線１６２の一
方からは距離ｄ１だけ隔てられ、断面１５４ａの隣り合
う充填走査線１６２のもう一方からは距離ｄ１よりかな
り小さい距離ｄ２だけ隔てられている。したがって、断
面１５４ａと１５４ｂとの間の結合強度は大きい方の距
離ｄ１により制限される。上記間隔の最悪の場合は、隣
接する層の充填走査線１６２が互いに正確に揃い、よっ
て距離ｄ２が最小値をとり、距離ｄ １が最大値をとると
きにおこるであろう。
【００１７】幾何学的解析によれば、本発明に関連し
て、同じ層の隣り合う走査間の距離Ｌが、与えられた物
体の作製においておこり得る最大可能間隔ｄ１を定める
ことがわかった。逆にいえば、隣接する層の隣り合う充
填走査線１６２間の最大距離ｄ １にほとんど依存する焼
結物体の構造強度が、同じ層の充填走査線１６２間の離
間距離Ｌを制限する。所望の構造強度を保証するために
は、離間距離Ｌは、充填走査線１６２の最悪条件、すな
わち逐次する層の充填走査線１６２が互いに重なる場合
を想定して選ばれなければならない。しかし、多くの物
体は最悪条件が存在しない状態で形成され、したがって
実距離ｄ１は最大値より小さいであろう。したがって上
記の場合には、最悪条件にしたがって定められる同じ層
の充填走査線１６２間の離間距離Ｌは必要より小さく、
物体のそれぞれの断面に対する構築時間が、適切な構造
強度を得るに必要な時間より長くなることになろう。
【００１８】さらなる背景として、米国特許第５，７１
１，９１１号は、立体リソグラフィによる液状感光性高
分子材からの物体の形成におけるベクトル走査線の順序
づけに対する数多くの技法を述べている。この資料に開
示された技法は、光硬化された液体の表面風合及び厚さ
における様々な制限を扱っている。開示されたこれらの
技法の内の１つは、同じ液状感光性高分子材層内におけ
る走査のインターリーブ化に関する。詳しくは、上記資
料は、液状感光性高分子材層が第１パスにおいて互いに
接触しない複数の充填走査ベクトルを用いて走査され、
第２パスが第１パスにおける走査の隙間に引かれた走査
線を走査することにより露光プロセスを完了させる技法
を開示している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】選択的レーザ焼結にお
いて、各層の構築時間を最小化する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、各層の
構築時間が最小化された選択的レーザ焼結による１つま
たはそれより多くの物体の作製方法を提供することにあ
る。
【００２１】本発明の別の目的は、充填走査線数の低減
にもかかわらず作製された物体の構造強度が低下しな
い、上記方法を提供することにある。
【００２２】本発明のまた別の目的は、作製された物体
の構造強度が一様である、上記方法を提供することにあ
る。
【００２３】本発明のその他の目的及び利点は、以下の
説明を図面とともに参照する当業者には明らかであろ
う。
【００２４】本発明は３次元物体の、物体が粉末の焼
結、すなわち融解及び再固化により一層ずつ形成され
る、選択的レーザ焼結に実施できる。本発明にしたがえ
ば、与えられた層に形成される物体の断面に、充填走査
線間隔が選択され、層の任意の位置から開始される、ラ
スター走査が施される。前の層の上に分配された次の粉
末層において、物体の断面は同じ間隔でラスター走査さ
れるが、走査線の位置は前の層の走査線の位置の間の実
質的に中央におかれる。逐次する層における走査線を、
その層の物体断面の輪郭に対してではなく、互いに対し
て配置することにより、１つまたは複数の物体の形成に
必要な走査線数を、そのようにして形成された物体の構
造強度を低下させることなく、おそらく２分の１だけは
低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】上記の説明から明らかとなるであ
ろうように、本発明は物体の、コンピュータ支援設計
(ＣＡＤ)あるいはコンピュータ支援製造(ＣＡＭ)システ
ムでつくられるような、その物体のコンピュータ読込可
能な表現からの作製にレーザを利用する高速試作システ
ムに適用される場合に有益である。本発明は、熱機構に
基づく高速試作法に適用される場合に特に有益であると
考えられる。技術上よく知られているように、選択的レ
ーザ焼結は物体を形成するために、連続する層のそれぞ
れの選択された場所にある粉末粒子がレーザエネルギー
を受ける場所において互いに融合される、熱機構を用い
る高速試作手法である。選択された場所における粒子の
融合または結合は、(伝統的な意味において)焼結、融解
及び再固化、(熱硬化を含む)化学反応の開始、あるいは
何か他の熱に基づく機構によりおこる。本説明のため及
び高速試作分野において整合するように、これらの機構
の全てを「焼結」と称することとする。したがって、以
下の説明は選択的レーザ焼結システムに向けられること
になる。本発明を熱機構を含む別種の高速試作システム
に有益に用い得ることは当然である。
【００２６】所望の１つまたは複数の物体の断面の作製
は、本明細書で先に参照した米国特許に説明され、さら
にここで図３に関して説明されるような態様で走査シス
テム１４２により方向を定められるビームを提供する、
レーザ１１０により実施される。レーザ１１０には、レ
ーザ自体に加えて、例えばフロントミラーアセンブリ、
並びに発散及び収斂レンズのような集束素子を含む、上
で参照した米国特許第４，８６３，５３６号に述べられ
るような通常の制御素子を備える。用いられるレーザ１
１０のタイプは、多くの要因に依存し、特に焼結される
粉末のタイプに依存する。通常タイプの粉末の多くに対
して、好ましいレーザは制御可能なパワー出力をもつ１
００Ｗ ＣＯ２型レーザであるが、パワー出力が２５Ｗ
と低いレーザもある種の材料には有用である。レーザ１
１０は、オン時には、図３に矢印で示される経路に概ね
沿って進行するレーザビーム１０５を発する。
【００２７】コンピュータ１４０及び走査システム１４
２が、レーザビーム１０５が標的表面１０４に入射する
ように、レーザビーム１０５の向きを制御する。本発明
のこの好ましい実施形態において、コンピュータ１０４
は走査システム１４２のための制御マイクロプロセッサ
を備え、つくられる１つまたは複数の物体の寸法を定め
るための、そっくりそのままではないにせよ少なくとも
スライス毎の形式の、ＣＡＤ／ＣＡＭデータベースまた
はそのようなデータベースから生成されたデータファイ
ルのような、つくられる１つまたは複数の物体のコンピ
ュータ読込可能な表現を格納するためのシステムをさら
に備える。浮動小数点演算能力を含むマイクロプロセッ
サベースパーソナルコンピュータのような、通常のパー
ソナルコンピュータワークステーションが、本発明の好
ましい実施形態のコンピュータ１４０としての使用に適
する。コンピュータ１４０は、現在の粉末層につくられ
るべき物体の断面にしたがい、標的表面１０４の面内に
わたってレーザビーム１０５を向けるために、走査シス
テム１４２のスキャナプロセッサ１０３へのＡＩＭ線上
に信号を発生する。レーザパワー制御システム１５０
が、コンピュータ１４０からの制御信号及びスキャナプ
ロセッサ１０３からのフィードバック信号に応答してレ
ーザ１１０のパワーを制御する。本発明の実施形態とと
もに用いることができる高度なレーザパワー制御の例が
先に参照として含めた米国特許第６，１５１，３４５号
に述べられている。
【００２８】走査システム１４２は、レーザビーム１０
５の進行経路の方向を変えるためのプリズム１４４を備
える。適切な場所にレーザビーム１０５を向けるために
必要なプリズム１４４の数は、装置の物理的なレイアウ
トに基づく。あるいは、技術上よく知られているよう
に、システム１００の特定のレイアウトに依存して、プ
リズム１４４の代わりに１つまたはそれより多くの固定
ミラーを、レーザビーム１０５の向きを定めるために用
いることができる。走査システム１４２は、ガルバノメ
ータ１４８，１４９のそれぞれにより駆動される一対の
ミラー１４６，１４７をさらに備える。ガルバノメータ
１４８，１４９は、ミラー１４６，１４７の向きを選択
に定め、レーザビーム１０５の照準を制御するために、
ミラー１４６，１４７のそれぞれに結合される。ガルバ
ノメータ１４８，１４９は、ミラー１４６、１４７が互
いに対して名目上直角に取り付けられるように、互いに
垂直に取り付けられる。走査システム１４２のスキャナ
プロセッサ１０３は、標的表面１０４において粉末層に
形成されるべき物体の断面を定めるＣＡＤ／ＣＡＭデー
タベースからつくられたコンピュータ読込可能な表現に
したがって発生された、コンピュータ１４０からのＡＩ
Ｍ線上の信号に応答して、標的表面１０４内でレーザビ
ーム１０５の照準を制御するためにガルバノメータ１４
８，１４９の動きを制御する。代わりに、例えば、光フ
ァイバケーブルを用いてエネルギービームを配送するｘ
−ｙガントリーシステムを含む、その他の走査システム
を本発明とともに用いることができる。
【００２９】次に図４を参照すれば、本発明の好ましい
実施形態にしたがうレーザビーム１０５の制御における
コンピュータ１４０の動作が詳細に説明される。この動
作は、与えられた構築サイクルに対してパラメータが確
立されるいくつかのプロセスで始まる。技術上知られる
ように、構築サイクルは、１つまたはそれより多くの物
体が部品床１０７の一段階に一層ずつの態様で形成され
る、図３のシステムの動作サイクルを指す。この構築サ
イクルに対し、技術上通常のように、所望の粉末材料は
人間の使用者により選択される。続いてコンピュータ１
４０が、レーザパワー、部品床温度等のような様々な構
築パラメータをロードするため、ファイルを読み込む。
【００３０】プロセス１９６において、システム１００
の使用者は、例えばコンピュータ１４０にフラッグを設
定することにより、本発明の好ましい実施形態のインタ
ーリーブ化充填プロセスを実行可能にする。インターリ
ーブ化充填を実行可能にすると、次いでシステム１００
の使用者は、プロセス１９８において、充填走査線間隔
パラメータＬに対する値を設定し、このパラメータは次
いでここでの構築サイクルに対してコンピュータ１４０
により格納される。充填走査線間隔パラメータＬはこの
構築サイクルにおける粉末のラスター走査での隣り合う
充填走査線の間隔である。本発明のこの実施形態にした
がえば、充填走査線間隔パラメータＬはピッチ、すなわ
ちラスター走査の隣り合う走査線の対応する点間の距離
である。例えば、充填走査線間隔パラメータＬは隣り合
う走査線の中心線間距離に対応する。あるいは、充填走
査線間隔パラメータＬは、レーザビーム１０５のスポッ
ト径を考慮すれば、隣り合う走査線の間隔(一般には重
なり合いを示す負の間隔)として指定することができ
る。また、以下でさらに詳細に説明されるように、充填
走査線間隔パラメータＬは、得られる物体に十分な構造
強度が保証されるように選択され、構築サイクルの多く
のパラメータに依存するが、一義的には層厚に依存す
る。充填走査線間隔パラメータＬに影響し得るその他の
重要なパラメータは、粉末材料の性質、送り込まれるレ
ーザエネルギー(すなわち、レーザパワー及び走査速
度)、チャンバ温度、及び得られる物体の所望の密度で
ある。例えば、ナイロンベース粉末のような、選択的レ
ーザ焼結プロセスで完全に溶融する材料があり、一方で
高分子材被覆鋼鉄及び非晶質重合体のような、粉末粒子
の周縁だけが融解する材料もある。本明細書を参照する
当業者であれば、与えられた材料及び焼結条件の組合せ
に対して、初歩的実験作業により容易に充填走査線間隔
パラメータＬを導出し得ると考えられる。充填走査線間
隔パラメータＬは一般に１０分の数ミリメータ程度の値
をもつであろうと考えられる。
【００３１】プロセス２００において、システム１００
の人間の使用者はコンピュータ１４０を援用して、作製
されるべき物体を部品床１０７内に配置する。一般に、
作製されるべき物体は、一回の構築サイクルにおいて作
製できる物体数を最大化するように配置される。プロセ
ス２０２において、コンピュータ１４０は使用者からの
入力に基づいて所望の層厚をロードする。上記の準備プ
ロセス１９６，１９８，２００及び２０２は、任意の順
序で実施できることは当然である。
【００３２】図４のプロセス２０４に先立ち、コンピュ
ータ１０４は、現在の選択的レーザ焼結構築サイクルで
形成されるべき物体のコンピュータ読込可能な表現を受
け取る。プロセス２０４において、コンピュータ１４０
は、部品床１０７の座標系を基準にして、与えられた粉
末層において描画されるべき一組の外形線及び充填ベク
トルを生成する。本発明の好ましい実施形態にしたがえ
ば、プロセス２０４は、例えば選択的レーザ焼結の直前
にそれぞれの層に対するベクトルを生成することにより
それぞれの層での構築中に実時間で実行されるか、ある
いは前の層の選択的レーザ焼結中に次の層に対するベク
トルを準備するパイプライン方式で実行される。あるい
はまた、プロセス２０４におけるベクトル生成は、選択
的レーザ焼結の開始に先立ち、構築サイクルの全層に対
してバッチ処理として実施することもできる。さらに、
プロセス２０４の全てまたは一部分をシステム１００の
コンピュータ１４０で実施するか、または別のオフライ
ンコンピュータで実施することができる。本説明のた
め、プロセス２０４はそれぞれの層ｋに対し、その層の
選択的レーザ焼結の直前にコンピュータ１４０に実行さ
れるとして説明することとする。
【００３３】図５は、本発明の好ましい実施形態にした
がうプロセス２０４の動作をさらに詳細に示す。以下で
述べられるように、本発明の好ましい実施形態にしたが
えば、それぞれの層に対する充填走査線は、レーザビー
ム１０５により選択的に焼結されるべき現在の(または
次の)粉末層に対して実質的に一層毎に一組生成され
る。したがって、本発明の好ましい実施形態にしたがえ
ば、メモリを節約するため、前の層に対して格納された
充填走査ベクトルが選択的レーザ焼結に用いられてしま
うと、これらの格納された充填走査ベクトルをコンピュ
ータ１４０のメモリから廃棄するために、プロセス２２
２が初めに実施される。充填走査ベクトルが廃棄される
層は、現在の層の直前の層とすることができ、あるい
は、コンピュータ１４０のメモリリソース及び実装され
ているベクトル生成のいずれかの「パイプライン化」に
依存して、プロセスにおけるさらに前の層にまでさかの
ぼることができる。プロセス２２４において、コンピュ
ータ１４０は次いで、与えられた選択的に焼結されるべ
き粉末層(指数ｋをもつ現在の層)に対する構築サイクル
において形成されるべき、配置された物体の立体的ＣＡ
Ｄ表現を実効的に「スライス」し、よってその層(ｋ)に
おける物体の断面を定め、部品床１０７の座標系に関し
て対応する層(ｋ)内の上記断面の位置を定める。
【００３４】現在の層ｋに対する部品床１０４内の断面
の位置がわかれば、コンピュータ１４０は次いで、その
層においてレーザビーム１０５により描画されるべきベ
クトルを導出する。選択的レーザ焼結技術で知られてい
るように、物体の断面のそれぞれは内側領域のみのラス
ター走査により、または断面の外形線のベクトル描画と
組み合わせた内側のラスター走査により形成できる。そ
のような外形線ベクトル描画は、物体の寸法確度を向上
させることができ、いくつかの材料に対しては特に、物
体のより平滑な表面風合を与えることもできる。構築サ
イクルにおいて１つまたはそれより多くの物体に対して
外形線ベクトル描画が実施されることになる場合には、
それぞれの断面の外形線を描画するときにレーザビーム
１０５により描画されるべき層ｋにおけるベクトルを導
出し、格納するために、プロセス２２６がコンピュータ
１４０により実施される。
【００３５】本発明の好ましい実施形態にしたがえば、
焼結されるべき物体断面の内側のラスター走査に対す
る、充填走査線の位置は層毎にインターリーブされる。
したがって、層ｋが全構築サイクルにおいて奇数番目で
あるか偶数番目であるかを決定するための判定２２７が
次いで実施される。明らかになるように、判定２２７の
動作は連続する層に対するインターリーブ化充填走査ベ
クトル生成を単に保証するだけであろうから、層の付番
が任意であることは当然である。
【００３６】奇数番目の層ｋに対して、生成される充填
走査ベクトルに対する遅走査方向を設定するためにプロ
セス２２８Ｏが実施される。本例においては焼結される
層がｘ−ｙ平面にあることを考慮すれば、±ｘ方向が、
単ラスター走査を行う際にレーザビーム１０５が進行す
る方向である、いわゆる「速走査」方向となろう。「遅
走査」方向、すなわちレーザビーム１０５が一走査毎に
インクリメントする方向は、層ｋに依存して、＋ｙ方向
または−ｙ方向となろう。プロセス２２８Ｏにおいて、
遅走査方向は奇数番目の層ｋに対して＋ｙ方向に設定さ
れる。
【００３７】奇数番目の層ｋ内の充填走査線の位置を決
めるために、プロセス２３０Ｏがコンピュータ１４０に
より次いで実施される。本例示的実施に従えば、上記の
位置は、図６ａに関連して次に説明されるように、座標
基準ｙ＝０に基づく。図６ａに示されるように、３つの
物体断面２５２ａ，２５４ａ，２５６ａが(奇数番目の)
層ｋ＝ａに形成されている。本例では、物体断面２５２
ａ，２５４ａ，２５６ａの外形線が破線で示される。プ
ロセス２３０Ｏにおいて、充填走査線２６２がコンピュ
ータ１４０により定められる。図６ａの例において、充
填走査線２６２はｙ＝０軸から充填走査線間隔パラメー
タＬの整数倍に配置される。すなわち、充填走査線２６
２は、ｙ＝０，ｙ＝Ｌ，ｙ＝２Ｌ，・・・，ｙ＝ｍＬに配
置されることになろう(部品床１０７のｘ−ｙ座標平面
における任意のｙ＝０の位置に依存してＬの負の整数倍
も可能であることは当然である)。図６ａのｙ＝０の場
合におけるように、座標平面におけるＬの整数倍である
線に沿って交差する物体断面がなければ、その線に対し
て定められる充填走査線２６２がないことは当然であ
る。プロセス２３０Ｏにおいて、それぞれの充填走査線
２６２は、ｙ次元で線の位置に対して定められるだけで
なく、ｘ次元でその線に沿う始点及び終点に対しても定
められ、始点及び終点は上記の線が交差する物体断面の
輪郭に対応する。
【００３８】充填走査線２６２は任意のｙ＝０軸に対し
て配されるから、充填走査線２６２の位置はいずれの層
においても断面２５２ａ，２５４ａ，２５６ａの輪郭と
は関係しない。例えば、断面２５２ａの最初の充填走査
線２６２は(＋ｙ方向において)その物体の輪郭の極めて
近くにあり、一方、断面２５４ａの最初の充填走査線２
６２はその輪郭から離れている。これらの充填走査線２
６２は、レーザビーム１０５が実際の構築中に＋ｙ方向
にインクリメントするように、＋ｙ遅走査方向に対応す
る上昇順に、コンピュータ１４０のメモリに格納され
る。
【００３９】本発明の重要な利点の１つが、図６ａから
明らかである。それぞれの充填走査線２６２は層ｋの平
面における任意の軸に対して定められるから、充填走査
線２６２は、相異なる断面及び物体と関係付けられてい
ても、互いに同一直線上にある。図６ａに示されるよう
に、断面２５２ａ，２５４ａ，２５６ａのそれぞれは、
ｙ＝０軸に対して充填走査線間隔パラメータＬの整数倍
に、またそこだけに、配置される充填走査線２６２を有
する。
【００４０】プロセス２３０Ｏの適切な１つの完了に続
き、制御は次いで、以下で説明されるように、この層ｋ
の選択的レーザ焼結に対するプロセス２０６に渡され
る。次の層ｋ＋１における充填走査線が現在の層ｋの充
填走査線に対してどのように配置されるかをここで考察
することが有用である。前の指数(ｋ−１)が奇数である
場合、次の段階での判定２２７は当然、現在の指数ｋが
偶数であると決定するであろう。プロセス２２８Ｅにお
いて、コンピュータ１４０は次いで、奇数番目の層ｋに
対してプロセス２２８Ｏにより設定された方向とは当然
逆方向になる、−ｙ方向に遅走査方向を設定することに
なろう。プロセス２３０Ｅにおいて、コンピュータ１４
０は次いで充填走査線２６２の位置を導出する。しか
し、この偶数番目の層ｋに対しては、これらの充填走査
位置はｙ＝０軸に基づかず、代わりに、充填走査線間隔
パラメータＬの値の２分の１，すなわちＬ／２だけの食
い違いが設けられる。この食い違いにより、偶数番目の
層ｋに対する充填走査線２６２の位置は、現在の層ｋの
下(及び上)の奇数番目の層に対する充填走査線２６２の
間の(ｘ−ｙ平面における)中央に配される。
【００４１】図６ｂは、偶数番目の層ｋ＝ｂ(ｂ＝ａ＋
１)における充填走査線２６２の配置を示す。図６ｂに
は、物体断面２５２ｂ，２５４ｂ，２５６ｂが示され
る。これらの断面２５２ｂ，２５４ｂ，２５６ｂはそれ
ぞれ、構築における、対応する前の断面２５２ａ，２５
４ａ，２５６ａに続く次の断面に相当する。図６ｂにお
ける充填走査線２６２は、ｙ＝Ｌ／２軸に対して充填走
査線間隔パラメータＬの整数倍に配置される。言い換え
れば、充填走査線２６２は、ｙ＝Ｌ／２，ｙ＝３Ｌ／
２，ｙ＝５Ｌ／２，・・・，ｙ＝ｍＬ＋(Ｌ／２)に配置さ
れる。ｙ＝０軸の位置に依存して、やはり負の充填走査
線２６２位置を用いることができる。上述と同様に、そ
れぞれの充填走査線２６２に対してｘ次元に沿う始点及
び終点も定められ、格納される。さらに、−ｙ遅走査方
向を考慮して、充填走査線２６２のベクトルは、物体の
構築中に走査がインクリメントされる方向である、負方
向に順序づけられる。
【００４２】奇数番目の層ｋ＝ａの場合におけるよう
に、層ｋ＝ｂにおける充填走査線２６２の配置は、断面
２５２ｂ，２５４ｂ，２５６ｂの輪郭の位置に関係なく
なされる。充填走査線２６２と断面輪郭との間に対応が
ないことは、図６ｂで、充填走査線２６２が断面２５４
ｂ，２５６ｂの輪郭近くにあるが、断面２５２ｂの輪郭
近くにはないことから明らかである。さらに、断面２５
２ｂ，２５４ｂ，２５６ｂのそれぞれにおける充填走査
線２６２は、それぞれの充填走査線２６２がｙ＝Ｌ／２
軸に対して配置されているから、互いに同一直線上に揃
えられている。
【００４３】次に図６ｃを参照すれば、同一物体２５２
内の２つの層ｋ＝ａ及びｋ＝ｂの間の充填走査線２６２
の関係が説明される。この断面図には、充填走査線２６
２及び外形線ベクトル２６４がともに示されている。本
例においては、断面２５２ａ，２５２ｂの輪郭は、同じ
位置に重なる外形線ベクトルで示されるように、互いに
一致している。上述したように、図６ｃは明解さのため
に充填走査線２６２を重なり合わない態様で図式的に示
している。実際は、隣り合う充填走査線２６２において
粉末が１つに融合するように、隣り合う充填走査線２６
２は互いに重なり合う。下層ｋ＝ａにおいて、充填走査
線２６２は充填走査線間隔パラメータＬの値だけ互いに
隔てられているが、外形線ベクトル２６４に対する最外
充填走査線２６２の間隔は(この間隔が必ず充填走査線
間隔パラメータのＬ値より小さくなる−そうでなければ
別の充填走査線２６２が挿入される−ことを除き)特定
されていない。次の層ｋ＝ｂにおいて、充填走査線２６
２はやはり充填走査線間隔パラメータＬの値だけ互いに
隔てられているが、実質的に、下層ｋ＝ａにおける充填
走査線２６２のｙ位置の間の位置にある。充填走査線２
６２の位置は、やはり、充填走査線間隔パラメータＬの
値の範囲内にあることを除いては、断面２５２ｂの輪郭
と何の関係もない。
【００４４】充填走査線２６２が部品床１０７の座標系
における任意の軸に対して位置決めされて、物体の輪郭
には無関係であり、また充填走査線２６２に層毎の食い
違いが設けられる、本発明にしたがえば、連続する層に
おいて隣り合う充填走査線２６２の間の距離は一様であ
る。図６ｃは、層ｋ＝ｂにおける充填走査線２６２の、
層ｋ＝ａにおける隣り合う充填走査線２６２のいずれと
の間の距離も、ｄｘであることを示す。この距離ｄ
ｘは、連続する層の隣り合う充填走査線２６２の全ての
間で、この関係に維持される。距離ｄｘは層厚及び充填
走査線間隔パラメータＬの値にのみ依存し、外形線ベク
トル２６４の位置すなわちいずれの断面の輪郭にも依存
しない。一つの走査線において選択的に焼結される粉末
が隣り合う走査線において選択的に焼結される粉末と融
合する強さを充填走査線間距離ｄｘが決定するから、物
体の構造強度はこの距離ｄｘに依存する。充填走査線間
距離ｄ ｘの一様性並びに距離ｄｘの層厚及び充填走査線
間隔パラメータＬという選択可能なパラメータへの依存
性のため、使用者は、従来方法におけるように最悪の場
合の走査線間距離に備えるために充填走査線間隔パラメ
ータＬに大きな余裕を取る必要なしに、所望の強度から
充填走査線間隔パラメータＬの値を直接に選択すること
ができる。したがって、物体の構造強度に影響すること
なしに、走査線数を従来方法より低減することができ
る。
【００４５】図５に示されるように、現在の層ｋ＝ｂに
対するベクトルが生成されると、制御は、実際の物体作
製を実行するために図４のプロセス２０６に渡される。
上で論じたように、プロセス２０４は同じく、構築中に
実時間で実施でき、あるいは実際の構築の開始に先立ち
構築サイクルの全層に対するバッチ処理として実施する
ことができる。
【００４６】図３と合わせて図４を再び参照すれば、本
発明の好ましい実施形態にしたがう物体の作製方法は、
プロセス２０６における、例えば先に参照として含めた
米国特許第５，１３２，１４３号に説明されているよう
な、逆転ローラー１１８(図１)を平行移動させて剪断応
力が最小の粉末層を形成することによる、部品床１０７
の表面への粉末層の分配へと続く。あるいは、例えば部
品床１０７表面の上方からの、移動するローラまたはス
クレーパの前面におけるある量の粉末の配送を含む、粉
末層を分配するためのその他のシステムを用いることも
できる。
【００４７】粉末が分配されると、プロセス２０８にお
いて、部品床１０７の表面にある現在の粉末層が、コン
ピュータ１０４及び走査システム１０７の制御の下で、
プロセス２０４においてこの層に対して生成された充填
走査ベクトル２６２にしたがってレーザビーム１０５に
よりラスター走査される。上で論じたように、本発明の
この実施形態にしたがう充填走査線２６２の位置は、部
品床１０７の表面の座標系における軸に基づき、形成さ
れている断面の輪郭には依存しない。レーザビーム１０
４のこれらの走査線は、中心線間で、充填走査線間隔パ
ラメータＬの値だけ隔てられる。選択的レーザ焼結機構
の熱効果を考慮すれば、粉末が充填走査線２６２に沿っ
て融合され、よってその層における凝集断面を形成し、
この断面が下層における同じ物体の先に走査された部分
と融合されることは当然である。さらに、現在の層にお
ける個別の断面のラスター走査線は、上述したように、
互いに同一直線上にあり、このことがこの層の高速ラス
ター走査を促進する。外形線ベクトル描画の実施が望ま
しければ、次いで、プロセス２１０においてレーザビー
ム１０５がコンピュータ１４０及び走査システム１４２
により向きが定められて、現在の粉末層における断面の
外形線を選択的に焼結する。あるいは、ラスター走査プ
ロセス２０８及び外形線ベクトル描画プロセス２１０
は、外形線ベクトル描画プロセス２１０がラスター走査
プロセス２０８に先行する、逆順で実施することもでき
る。
【００４８】プロセス２０８における現在の層内の全断
面のラスター走査及びプロセス２１０における所望のい
ずれの外形線ベクトル描画の完了に続く、判定２１１に
おいて、コンピュータ１４０は現在の構築サイクルにお
いて選択的に焼結されるべき他の層が残っているか否か
を確認する。そうで(判定２１１がイエスで)あれば、次
の層に対する充填ベクトルを生成するために、制御がプ
ロセス２０４に渡される。あるいは、充填ベクトルがバ
ッチ処理で生成されていれば、先に焼結された層の上に
次の粉末層を分配するためのプロセス１０６に制御が渡
されるであろう。おこり得る粉末の分配に続いて、望ま
しければ、レーザビーム１０５でこの新しい層における
断面の輪郭をラスター走査するために、プロセス２０８
が次いで実施される。
【００４９】プロセス２０８の次の段階において、現在
の粉末層が、この層に対してプロセス２０４で導出され
た充填走査線２６２にしたがってレーザビーム１０５で
走査される。上述したように、この層におけるラスター
走査線は、前の層における走査線の中間に配され、前の
層の遅走査方向とは逆の遅走査方向で実行されるであろ
う。このラスター走査により、上述したように、連続す
る層において隣り合う走査線の間の距離が一様であるこ
とが保証される。
【００５０】プロセスは、任意選択の外形線ベクトル描
画プロセス２１０及び判定２１１を経過して、構築サイ
クルが完了する(判定２１１がノーとなる)まで継続す
る。次いで、焼結された１つまたは複数の物体を載せた
部品床１０７の冷却が、用いられた材料に適切なように
実行され、続いて物体の周囲から遊離粉末が取り除かれ
る。次いで、物体の特性を向上させるための、物体の焼
きナマシまたは別の材料の含浸のような、後処理が所望
に応じて実施される。
【００５１】本発明は選択的レーザ焼結に重要な利点を
提供する。隣り合うラスター走査線の間の充填走査線間
隔を、得られる物体の強度に関して高度の信頼をもって
選択することができるようになり、本発明に関連して、
所望の構造強度をもつ物体を形成するに必要な充填走査
線数が少なくなることがわかった。２分の１の低減を達
成できる場合もある。このことはより均質に作製された
物体を提供するだけでなく、それぞれの層における構築
時間は充填走査線数に支配されるから、ラスター走査線
数の上記低減は選択的レーザ焼結による物体の構築に必
要な時間も大きく短縮する。
【００５２】本発明をその好ましい実施形態にしたがっ
て説明したが、これらの実施形態の改変及び変更例であ
って、本発明の利点及び恩恵を有するような改変及び変
更例が、本明細書及び図面を参照する当業者には明らか
であろうと当然考えられる。そのような改変及び変更例
は、本明細書で特許請求される本発明の範囲内にあると
考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の選択的レーザ焼結装置を示す簡略な斜視
図
【図２ａ】従来の選択的レーザ焼結における逐次粉末層
の走査を簡略に示す平面図
【図２ｂ】従来の選択的レーザ焼結における逐次粉末層
の走査を簡略に示す平面図
【図２ｃ】従来の選択的レーザ焼結による、図２ａ及び
２ｂに示された物体の１つの断面図
【図３】本発明の好ましい実施形態を利用する選択的レ
ーザ焼結装置を示す簡略な斜視図
【図４】本発明の好ましい実施形態による選択的レーザ
焼結方法を示すフローチャート
【図５】本発明の好ましい実施形態による選択的レーザ
焼結方法で構築されるべき物体の断面に対するベクトル
の生成を示すフローチャート
【図６】逐次粉末層への本発明の好ましい実施形態の選
択的レーザ焼結方法による効果を示す平面図および断面
図
【符号の説明】
１００ 選択的レーザ焼結システム １０３ スキャナプロセッサ １０４ 標的表面 １０５ レーザビーム １０７ 部品床 １１０ レーザ １４０ コンピュータ １４２ 走査システム １４４ プリズム １４６，１４７ ミラー １４８，１４９ ガルバノメータ １５０ レーザパワー制御システム ２６２ ラスター走査線 ２６４ 外形線ベクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャオシュ シュ アメリカ合衆国 テキサス州 78717 オ ースティン オリーヴ ヒル ドライヴ 14744 Ｆターム(参考） 4F213 AC04 WL10 WL23 WL43 WL46 WL64 WL67 WL75 WL76 WL85 WL87 WL95

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３次元物体の作製方法において：標的表
    面に第１の粉末層を分配する工程；前記物体の断面に対
    応する前記第１の粉末層の選択された場所を、第１の複
    数の平行走査線に沿ってエネルギービームで走査する工
    程であって、前記第１の複数の平行走査線の隣り合う走
    査線は選択されたピッチを有し、前記第１の粉末層の、
    前記標的表面の座標軸に対して定められた位置にある工
    程；前記第１の層の上に第２の粉末層を分配する工程；
    前記物体の別の断面に対応する前記第２の粉末層の選択
    された場所を、第２の複数の平行走査線に沿って前記エ
    ネルギービームで走査する工程であって、前記第２の複
    数の平行走査線の隣り合う走査線は前記選択されたピッ
    チを有し、前記第２の複数の平行走査線は前記第１の複
    数の平行走査線と平行であり、前記第２の粉末層の、前
    記選択されたピッチのほぼ２分の１だけ前記第１の複数
    の平行走査線の前記位置からオフセットされた位置にあ
    る工程；及び前記物体を形成するために、複数の第１及
    び第２の粉末層に対して前記分配工程及び走査工程を繰
    り返す工程；を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の粉末層の前記分配工程後に、
    前記第１の粉末層における前記物体の前記断面の外形線
    に対応する前記第１の粉末層の場所に前記エネルギービ
    ームを向ける工程；及び前記第２の粉末層の前記分配工
    程後に、前記第２の粉末層における前記物体の前記断面
    の外形線に対応する前記第２の粉末層の場所に前記エネ
    ルギービームを向ける工程；をさらに含むことを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２の複数の走査線が座標
    平面における座標軸に平行であること；前記第１の粉末
    層の選択された場所をエネルギービームで走査する前記
    工程が、一走査線毎に、前記座標軸に垂直な第１の方向
    に前進する態様で前記第１の複数の平行走査線に沿って
    前記エネルギービームで走査すること；及び前記第２の
    粉末層の選択された場所をエネルギービームで走査する
    前記工程が、一走査線毎に、前記第１の方向とは逆の第
    ２の方向に前進する態様で前記第２の複数の平行走査線
    に沿って前記エネルギービームで走査すること；を特徴
    とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１の層の前記分配工程の前に、形
    成されるべき前記物体のコンピュータ読込可能な表現を
    受け取る工程；及び前記走査工程のそれぞれの前に、前
    記コンピュータ読込可能な表現から、前記対応する層に
    対する前記走査工程において走査されるべき前記第１及
    び第２の複数の走査線の内の一方に対応する、前記対応
    する層のための複数のベクトルを導出するためにコンピ
    ュータを作動させる工程；及び前記導出されたベクトル
    をコンピュータメモリに格納する工程；をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記作動させる工程が：前記選択された
    ピッチとして充填走査線間隔値をコンピュータメモリに
    格納する工程；前記複数の第１及び第２の層のそれぞれ
    の層に対して：前記層に形成されるべき少なくとも１つ
    の断面の位置を定める工程；前記層が前記第１の複数の
    層に関係付けられるべきか、または前記第２の複数の層
    に関連付けられるべきかを決定する工程；前記第１の複
    数の層に関係付けられた前記層に対して、前記少なくと
    も１つの断面の、前記座標軸に関して前記充填走査線間
    隔値の整数倍の位置に配された前記座標系における複数
    の線との共通部分に対応するベクトルを導出する工程；
    及び前記第２の複数の層に関係付けられた前記層に対し
    て、前記座標系における前記少なくとも１つの断面の、
    前記座標軸に関して前記充填走査線間隔値のほぼ２分の
    １だけ前記第１の複数の層に関係付けられた前記ベクト
    ルの位置からオフセットされた複数の線との共通部分に
    対応するベクトルを導出する工程；を実施する工程；を
    含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１の複数の層に関係付けられた前
    記層に対して、遅走査方向を第１の方向に設定する工
    程；及び前記第２の複数の層に関係付けられた前記層に
    対して、前記遅走査方向を前記第１の方向と逆の第２の
    方向に設定する工程；をさらに含むことを特徴とする請
    求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記複数の第１及び第２の層のそれぞれ
    の層に対して、前記それぞれの層における前記少なくと
    も１つの断面の前記外形線に対応する外形線ベクトルを
    導出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 前記方法が複数の物体を同時に作製する
    こと；及び前記走査工程のそれぞれにおいて、それぞれ
    が前記複数の物体の内の１つに関係付けられた複数の断
    面に対応する前記粉末層の選択された場所をエネルギー
    ビームで走査すること；を特徴とする請求項１記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記複数の断面の内の第１の断面に関係
    付けられた前記第１の複数の平行走査線の内の１つまた
    はそれより多い平行走査線が前記複数の断面の内の第２
    の断面に関係付けられた前記第１の複数の平行走査線の
    内の１つまたはそれより多い平行走査線と同一直線上に
    あることを特徴とする請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ３次元物体を作製するための装置にお
    いて：連続する粉末層を散布するための、粉末配送シス
    テム；レーザビームを発生するためのレーザ；粉末層の
    表面における標的平面に前記レーザビームを制御して向
    けるための、走査システム；及び前記走査システムに接
    続され：充填走査線間隔値をコンピュータメモリに格納
    する動作；及び交互する粉末層の、前記交互する粉末層
    のそれぞれにおける前記物体の断面に対応する、選択さ
    れた場所内で第１及び第２の複数の平行走査線に沿って
    前記レーザビームを走査するために前記走査システムを
    制御する動作；を含む複数の動作を実施するようにプロ
    グラムされたコンピュータ；を備え：前記第１及び第２
    の複数の平行走査線の隣り合う走査線が前記格納された
    充填走査線間隔値に対応する選択されたピッチを有し、
    前記標的平面の座標軸に対して定められた位置にあるこ
    と；及び前記第２の複数の平行走査線の隣り合う走査線
    が前記選択されたピッチのほぼ２分の１だけ前記第１の
    複数の平行走査線の位置からオフセットされた位置にお
    いて前記第１の複数の平行走査線と平行であること；を
    特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 新しく散布された粉末層のそれぞれに
    より形成される前記標的平面が前記走査システムから実
    質的に同じ距離にあるように、逐次する粉末層の散布毎
    に前記走査システムから離れる方向に移動させることが
    できる、前記連続する粉末層を支持するための可動部品
    ピストン；をさらに備えることを特徴とする請求項１０
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記コンピュータが、前記粉末層のそ
    れぞれに形成される前記断面の外形線に基づいて前記そ
    れぞれの粉末層の前記標的平面に前記レーザビームを向
    けるために前記走査システムを制御するようにもプログ
    ラムされることを特徴とする請求項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記コンピュータが、交互する粉末層
    に対して、前記第１及び第２の複数の平行走査線に垂直
    で、互いに逆行する方向に遅走査方向を設定するように
    もプログラムされることを特徴とする請求項１０記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記コンピュータが：第１の層を分配
    する工程の前に、形成されるべき前記物体のコンピュー
    タ読込可能な表現を受け取る動作；前記コンピュータ読
    込可能な表現から、前記複数の層のそれぞれに対し、当
    該層において走査されるべき前記第１及び第２の内の複
    数の走査線の一方に対応する複数のベクトルを導出する
    動作；及び前記導出されたベクトルをコンピュータメモ
    リに格納する動作；を含む動作シーケンスを実施するよ
    うにもプログラムされることを特徴とする請求項１０記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記コンピュータが、前記複数の層の
    それぞれに対して：前記それぞれの層に形成されるべき
    少なくとも１つの断面の位置を定める動作；前記それぞ
    れの層が第１の複数の層に関係付けられるべきか、また
    は第２の複数の層に関係付けられるべきかを決定する動
    作；前記第１の複数の層に関係付けられた前記層に対し
    て、前記少なくとも１つの断面の、前記座標軸に関して
    前記充填走査線間隔値の整数倍の位置に配された前記座
    標系における複数の線との共通部分に対応するベクトル
    を導出する動作；及び前記第２の複数の層に関係付けら
    れた前記層に対して、前記少なくとも１つの断面の、前
    記充填走査線間隔値のほぼ２分の１だけ前記第１の複数
    の層に関係付けられた前記ベクトルの位置からオフセッ
    トされた前記座標系における複数の線との共通部分に対
    応するベクトルを導出する動作；により、前記導出動作
    を実施するようにプログラムされることを特徴とする請
    求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記コンピュータが、それぞれが複数
    の物体の１つと関係付けられた、複数の断面に対応す
    る、少なくとも１つの粉末層の、選択された場所を前記
    レーザビームで走査するように前記走査システムを制御
    することを特徴とする請求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記複数の断面の内の第１の断面に関
    係付けられた複数の平行走査線の内の１つまたはそれよ
    り多くの平行走査線が前記複数の断面の内の第２の断面
    と関係付けられた前記複数の平行走査線の内の１つまた
    はそれより多くの平行走査線と同一直線上にあることを
    特徴とする請求項１６記載の装置。
JP2002223183A 2001-07-31 2002-07-31 充填走査がインターリーブ化された選択的レーザ焼結 Withdrawn JP2003127238A (ja)

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