JP2003505250A - 材料の組合せから建築構成要素を準備する装置および方法 - Google Patents

材料の組合せから建築構成要素を準備する装置および方法

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JP2003505250A JP2001512092A JP2001512092A JP2003505250A JP 2003505250 A JP2003505250 A JP 2003505250A JP 2001512092 A JP2001512092 A JP 2001512092A JP 2001512092 A JP2001512092 A JP 2001512092A JP 2003505250 A JP2003505250 A JP 2003505250A
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コンラッド ヴィッセンバッハ，
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、構成要素を材料の組合せから製造することができる生成的な製造方法および付属する装置に関する。この装置は、下降可能なビルディング・プラットホーム（２）を備える底部表面（１）と、ビルディング・プラットホーム（２）の上方の処理平面（３）内に第１の材料（４）を平坦化するための平坦化機構（５）と、レーザ・ビーム（１１）を発光させるレーザ・ビーム光源と、処理平面（３）上にレーザ・ビーム（１１）を集束させるための焦点光学システム（８）を備える処理ユニット（６）、および構成要素（１４）の上方の処理平面（３）に平行な平面内の任意の所望の位置に処置ユニット（６）を位置決めすることができる位置決め機構を備える。また、この装置は、処理平面（３）から材料を吸引する吸引装置（１０）および第２の材料（１２）をレーザ・ビーム（１１）の焦点範囲に持ってくる第２の材料（１２）用の導入機構（９）を備える。この装置によって、任意の所望の複雑さを有し、ある機能に適合した構成要素を製造し、個別の領域を第２のより固い材料で作って堅固さを増加させたり、耐磨耗性を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、材料の組合せから構成要素、特に、例えば構成要素のある領域に特
殊な頑丈さを与えるために、相異なる領域が相異なる材料から製造される構成要
素を準備するための方法および装置に関する。
【０００２】 本方法は、いわゆる生成的（ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ）製造プロセスの部類に属
する。従来、これらの製造プロセスは主に製品開発でのラピッド・プロトタイピ
ング（ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）の領域で、製品開発期間を短縮し
、製品品質を向上させるために利用されてきた。これが可能なのは、ラピッド・
プロトタイピング・プロセスによって、３次元ＣＡＤモデルから層状に試作品を
作ることができるからである。これらのプロセスによって、フライス加工または
エローディング（ｅｒｏｄｉｎｇ）プロセス用のＮＣプログラムの極めて時間の
かかる設計および形成工具の製造が不要になる。
【０００３】 構成要素を積層して製造することの別の利点は、極めて複雑な構造を生産する
ことが可能であることである。このような層状での製造プロセスによって、従来
の製造プロセスでは不可能であった複雑な内部構造も製造することができる。
【０００４】 この生成的プロセスを新規にまたは改良して開発することの目的は、ほとんど
連続した材料を、またさらには同質な連続した材料を処理することである。同質
な連続した材料を使用する場合、これらのプロセスは、ラピッド・プロトタイピ
ングの分野でだけでなく、連続した製品を製造するプロセス自体としても使用す
ることができる。
【０００５】 従来技術で知られている生成的製造プロセス、例えば、選択的レーザ・ビーム
溶融（ＳＬＰＲ）またはいわゆるレーザ・ビーム生成によって、連続したまたは
同一の金属材料から構成要素を作成することが、すでにできている。両プロセス
では、粉末状の材料を積層して金属製の構成要素を作成する。このプロセスによ
って、約１００％の密度で構成要素を製造して、その堅固さをそれに応じて高く
することができる。しかし、これらのプロセスは両方とも、相異なる原理に基づ
いており、したがって、製造すべき構成要素は異なる制限を有する。
【０００６】 選択的レーザ溶融は、２段階のプロセスである。まず粉末状の金属材料の平ら
な層を部品プラット・ホーム上に付着させる。次に、層の作成すべき形状または
輪郭を、レーザでスキャンし、スキャンされた領域内で一軌跡毎に粉末を溶融さ
せる。このプロセスで、一層ごとに構成要素を製造する。
【０００７】 ＤＥ １９６ ４９ ８６５ Ｃ１は、このようなプロセスの一例を記載して
いる。このプロセスでは、結合剤もフラックス添加物も含まない粉末状の金属材
料を構成要素のプラット・ホーム上に付着させ、構成要素の形状に応じた溶融温
度まで加熱する。レーザ・ビームのエネルギーは、レーザの当ったところで粉末
状の金属材料の全ての厚さが完全に溶融するように選択される。レーザ・ビーム
は、それぞれ次の軌跡が前の軌跡と部分的に重なり合うようにして、それぞれの
粉末状の金属材料層の所定の領域を覆う多数の軌跡内に導入される。それと同時
に、レーザ・ビームが粉末状の金属材料に当る領域上の保護ガス雰囲気を維持し
て、例えば酸化によって起こり得る欠陥を防ぐ。
【０００８】 選択的レーザ・ビーム溶融プロセスによって、所望のどんな複雑な部品も正確
かつ高精度で製造することができる。
【０００９】 しかし、このプロセスの基本的な欠点は、このプロセスで使用することができ
る材料の範囲が限定されていることである。特に、炭化物などの硬い材料を十分
に処理することができず、これらの材料では、１００％の密度の構成要素を達成
することは難しい、または全く達成することができない。このプロセスの別の欠
点は、今までの粉末状の材料は、製造プロセス中は、すなわち完全な層を処理し
た後では、層状に変えることしかできず、処理中の層内を変えることができない
、ということである。すなわち、このプロセスでは、層内に局所的に他の材料を
持つ構成要素を作ることは不可能である。多くの適用例では、例えばより大きい
応力を特に受ける点では硬い材料で構成要素を強化することが望ましいことにな
る。
【００１０】 レーザ・ビーム生成プロセスは、一段階プロセスである。このプロセスでは、
導入機構によって、作動材料を線材または粉末としてレーザ・ビームの焦点に連
続的に導入する。材料の導入およびエネルギーの供給は、レーザを介して同時に
行われる。材料が粉末の場合、金属粉末を、好ましくは不活性ガス流を介して粉
末ノズルに供給し、処理すべき点上にその焦点を合わせる。レーザ・ビームおよ
び導入機構は、互いに対して静止しており、各層での構成要素の製造すべき形状
または輪郭に従って移動する。この場合も、レーザ・ビームで対応する形状をス
キャンすることによって一層ごとに構成要素を製造する。
【００１１】 このプロセスの選択的レーザ・ビーム溶融プロセスに対する利点は、主に多数
の金属材料をこのプロセスで処理することができることである。また、硬い材料
もこれによって容易に処理することができる。しかし、選択的レーザ・ビーム溶
融プロセスとは対照的に、このレーザ・ビーム発生プロセスによって生産するこ
とができる構成要素はほとんど複雑でないものにすぎない。すなわち、特に寸法
が１ｍｍ以下である精巧繊細な構成要素の場合、十分な精度を保証することはで
きない。
【００１２】 本発明の目的は、構成要素の単一の領域を異なる材料製にすることができるよ
うにして、材料の組合せから複雑な構成要素を製造することができる装置および
プロセスを提供することである。
【００１３】 この目的は、それぞれ請求項１に記載の装置または請求項１１に記載の方法に
よって達成される。本装置および本方法の有利な実施形態は、従属請求項の主題
である。
【００１４】 選択的レーザ・ビーム溶融装置と同様に、本発明の装置は、構成要素用の下降
可能なビルディング・プラットホームを備える底部表面と、ビルディング・プラ
ットホームの上方に配置された処理平面内で第１の材料を平坦化する機構、およ
びレーザ・ビームを放射するレーザ光源を備える。また、レーザ・ビームを処理
表面上に集束させるための焦点光学システムを支承する処理ユニットが設けられ
ている。この処理ユニットは、位置決め機構を用いて、処理平面と平行な平面内
で移動する。したがって、この位置決め機構の目的は、製造すべき構成要素の形
状または輪郭に従って、レーザ・ビームを処理平面上でスキャニング移動させる
ことである。レーザ・ビーム光源は、処理ユニット上に直接配置しても、外側か
ら結合してもよい。従来技術で知られている選択的レーザ・ビーム溶融装置とは
対照的に、本発明の装置は、処理領域から材料を吸引するための吸引または吹き
飛ばしユニット、ならびに第２の材料を導入するための導入機構を備え、この導
入機構はこの第２の材料をレーザ・ビームの焦点領域内に導入する。この導入機
構は、処理中に処理平面内のレーザ・ビームの焦点領域内に導入される線状の材
料用の送り機構であってもよい。この導入機構はまた、粉末状のまたはペースト
状の第２の材料をレーザの焦点領域内に導入するノズルであってもよい。両方の
例において、好ましくは導入機構が処理ユニットに沿って動くようにして、導入
機構を処理ユニットに直接取り付ける。
【００１５】 しかし、第１の処理平面内に第１の材料を分散させるのと同じ機構または追加
の機構によって、導入機構を形成してもよい。この場合は、第１の材料用の供給
タンクに加えて第２の材料用の供給タンクを設けなければならない。
【００１６】 もちろん、第２の材料だけでなく追加の材料もまた、上述の手段によって導入
することができる。
【００１７】 本プロセスの意図は、材料を一層ごとに付着させ、かつ溶融させて、構成要素
を積層して製造することである。少なくとも１つの層を製造することは、以下の
ステップを含む。すなわち、 ａ）構成要素用の下降可能なビルディング・プラットホームを覆う処理平面内
に第１の材料を一様に平らに分散させる。次に、第１材料で作ろうとしている、
構成要素のその（第１の）領域の処理平面上に集束させたレーザ・ビームによっ
て構成要素の製造すべき層の形状または輪郭をスキャンして、この第１の材料を
この領域内のスキャンされた形状に従って溶融させるようにする。
【００１８】 ｂ）次に、第２の材料でまたは第２の材料の化学コンパウンドから構成要素を
作ろうとしている、処理平面の第２の領域内から、この第１の材料を吸引、また
は吹き飛ばして、これらの領域内に第２の材料用の空き場所を作成できるように
する。
【００１９】 ｃ）これに続いて、第２の材料を処理平面の第２の領域内に付着させる。次に
、層の形状を第２の領域内の処理平面上に集束させたレーザ・ビームによってス
キャンし、第２の材料または第２の材料の化学コンパウンドを第２の領域内でス
キャンした形状に従って溶融させる。
【００２０】 ｄ）層を完成させた後、必要ならば、ビルディング・プラットホームを今製造
した層の厚さだけ下降させて次の層を付着させることができるようにする。
【００２１】 結果として、それぞれの構成要素の層の形状または輪郭を持つ溶融冶金コンパ
ウンドの形をとる、溶融されて次に固化された第１および第２の材料の層ができ
る。第２の材料と同じやり方で、同じ層内に追加の材料を組み込むことができる
。この場合、他の材料を付着させる前に、吸引する、または吹き飛ばすことによ
って、追加の材料を付着させるつもりの領域から残った材料を取り除く。
【００２２】 別個の導入機構を介してレーザの焦点領域内に第２の材料を集中させながら、
第２の材料で作るつもりである構成要素の層の形状または輪郭をレーザ・ビーム
でスキャンすることによって、第２の材料を付着させることができる。
【００２３】 しかし、例えばスクレーパを用いて、第１の材料と同じやり方で第２の材料を
付着させることもできる。
【００２４】 構成要素の追加の層は、ステップａ）からｃ）またはｄ）をそれぞれ組合せた
ものか、それぞれステップａ）またはｃ）によって、単一の材料のみのどちらか
で、製造することができる。
【００２５】 したがって、上記に述べたプロセスは、第１の材料のみ、または第２の材料の
みの単一の層を製造する可能性を与える。１つの層内で両方の材料を使用する場
合、まず、第１の材料をそれに対応する領域上で溶融させ、次に第２の材料を付
着させる。第２の材料をこの材料用の領域内に付着させて溶融させる前に、粉末
状の第１の材料を吸引機構または吹き飛ばし機構によって取り除く。任意選択と
して、各層を完成させた後、それに加えて、適切な研磨装置を用いて表面の平坦
化をすることができる。
【００２６】 本発明のプロセスおよび付属する装置によって、所望のどんな複雑な構成要素
も製造することができ、構成要素の個々の領域を、異なる材料で作ることができ
る。すなわち、例えば特に応力を受ける点に第２の材料を使用することができる
。この第２の材料として耐応力材料を選択することが好都合である。このように
して、それぞれの機能に適合した材料を組合せて、一段階で構成要素を作ること
ができる。
【００２７】 したがって、構成要素の基本部分は、例えば、高度の精度と複雑さを達成する
ことができる選択的レーザ・ビーム溶融を使用するために第１のステップを利用
して、軽量な材料で、所望のどんな複雑さおよび高い精度ででも、作ることがで
きる。基本部分の材料が不適当であるため、その後に特別な応力を受けることに
なる構成要素の領域は、第２のステップで第２の材料で作られる。この第２のス
テップは、好ましくはレーザ・ビームの生成的技術に基づくものであり、そのた
めに特殊な硬さの材料を使用することができる。これによって、上述の方法およ
び装置、特に完成後の部品ではアクセスできない構成要素内部の領域も、第２の
材料で製造することができる。
【００２８】 本発明の方法および装置を用いて、導入機構または追加の導入機構を介して、
第２の材料に加えて他の材料を使用して、２つ以上の異なる材料製の構成要素を
作成することも可能である。
【００２９】 本発明は、従来技術で知られている、選択的レーザ・ビーム溶融およびレーザ
・ビーム生成の方法の利点を好ましい実施形態に組み入れる。このようにして、
構成要素の個別の領域を、ある機能に適した材料によって製造することができ、
他の領域ではより簡単な材料を使用することができる。
【００３０】 本発明の装置の好ましい実施形態では、処理ユニットは、第２の材料用の導入
機構を備える。
【００３１】 好ましくは、この処理ユニットは、レーザ・ビームが、位置決め機構を移動さ
せずに、処理ユニットの下方の平面状の領域をスキャンすることができるレーザ
・ビーム偏向装置を備える。これによって、選択的レーザ・ビーム溶融技術を使
用する処理速度が増加する。偏向エレメントは、好ましくは、Ｘ−Ｙスキャニン
グ・ミラーによって形成する。第１の材料で層を形成するつもりである、第１の
領域を処理するとき、位置決め機構は連続的に移動せずに、ある段階をもって移
動する。個々の段階の間の間隔は、処理ユニットのスキャニング光学部品でカバ
ーする。導入装置を介して第２の材料を導入する、第２の領域を処理するとき、
製造すべき領域の形状または輪郭に従ってレーザ・ビームを連続的にガイドする
位置決め機構のみを使用する。第１の材料と第２の材料の間で切り替えるときは
、もちろん、送り速度およびレーザの挙動をそれに従うように対応させる。
【００３２】 位置決め機構自体は、好ましくは、それによって処理ユニットを移動させる２
つの直交する直線軸を備える。
【００３３】 図面を参照にして、好ましい実施形態を用いて、本発明を以下でもう一度説明
する。
【００３４】 図は、ビルディング・プラットホーム２をそれに向かって下降させる底部表面
１を示す。ビルディング・プラットホームはＺ方向に下降させる。本実施例では
、底部表面１の平面は同時に処理平面３である。システムは、レーザ・ビーム溶
融システムと同様に設計されており、下降可能なビルディング・プラットホーム
を持つ製造領域のほかに、粉末状の第１の材料４用の粉末供給タンク、およびビ
ルディング・プラットホームの上方の処理平面内に粉末状の材料４を一様に分散
させるための機構を備える。粉末供給タンクは、図示されていないが、従来技術
で知られているレーザ・ビーム溶融システムと同様に配置、操作される。平坦化
機構はスクレーパ（５）である。
【００３５】 本装置によって実施可能な方法およびその結果としての利点は、特に処理ヘッ
ド６の設計によって達成される。本実施例では、この処理ヘッドは少なくとも１
つの回転可能な鏡の形であるＸ−Ｙスキャナ７と、レーザ光源によって発生させ
たレーザ・ビーム１１を処理平面３上に集束させる焦点レンズ８と、第２の材料
用の導入機構９、および吸引装置１０を含む。
【００３６】 この場合では、導入機構９は、粉末ジェットの形で粉末状の第２の材料１２を
レーザ・ビーム１１の焦点領域に集束させることができる粉末ノズルとして設計
されている。第２の材料を固体状態、すなわち線材の形で導入する場合、処理ヘ
ッド６内で、粉末ノズルの代わりに線材用の導入機構を使用する。処理ヘッド自
体は、図中に示されていない、Ｘ−Ｙトラバーシング・ユニットに取り付けられ
ている。このような位置決め機構は、例えばプロッタ機構と同様に構成すること
ができる。Ｘ−Ｙトラバーシング・ユニットを用いて、処理ヘッド６を底部表面
１または処理平面３に平行な平面内のどんな位置へも移動させることができる。
このようにすると、レーザ・ビームは、常に処理平面上に集束しつづける。本実
施例では、吸引ユニット１０は、第２の材料１２で層を作るつもりである領域内
にある粉末状の第１の材料４を吸引することができる幅である、ノズル様に設計
されている。
【００３７】 構成要素は、積層して製造される。まず、平坦化システム５によって、ビルデ
ィング・プラットホーム２上に粉末状の材料４の層を付着させる。選択的レーザ
・ビーム溶融原理を用いて、粉末状の材料４から、製造すべき基本部分に属して
いる対応する粉末の層を固化させる。所定のスキャニング領域１３上で、スキャ
ニング・ミラー７によってレーザ・ビーム１１を偏向させる。スキャニング・ミ
ラー７によってレーザ・ビームを移動させることができる、所定のスキャニング
領域１３が、構成要素の製造されるべき領域よりも小さい場合、スキャニング範
囲内のこの領域が最初に処理される。次に、位置決め機構の線形軸によって、次
に処理すべき領域内に処理ヘッド６を移動させる。このようにして、スキャニン
グ・ミラー７を動かすことのみによってスキャニングを常に行う、小さいサブ・
フィールドまたはサブ・ディビジョンに処理すべき表面全体を細分する。位置決
め機構によって行われるのは、サブ・フィールドからサブ・フィールドへの必要
な追加移動のみである。第１の材料で層を作成する処理の間、すなわちスキャニ
ング・ミラー７によるスキャニング処理中は、導入機構９による第２の材料１２
の導入は遮断される。例えば、図１に示す構成要素１４の底部領域を、説明した
手順で製造する。完成した構成要素を使用したときに最も応力を受ける領域に属
する、構成要素１４の領域または構成要素１４の層の領域は、レーザ・ビームの
生成的技術の原理によって、第２の材料１２で製造する。好ましくは、炭化物等
の硬い材料をこの材料として使用する。両方の材料を備えるつもりである層を製
造するとき、まず第１の材料の層の領域を、上記で説明した手順によって、それ
ぞれの領域内で製造する。次に、第２の材料で作るつもりの領域から粉末状の材
料４を取り除く。この粉末状の第１の材料４の除去は、吸引ユニット１０によっ
て行う。
【００３８】 第２の材料１２で作成すべき層領域でレーザ・ビームを発生させる間、スキャ
ニング・ミラー７は固定位置内にありつづける。処理すべき領域上の位置決め機
構の線形軸を用いて処理ヘッド６を動かすことによって、レーザ・ビーム１１を
単独で移動させる。この移動と同時に、第２の材料１２を粉末ノズル９を通って
レーザ・ビーム１１の焦点内に導入し、そこで溶融させる。層を処理した後、ビ
ルディング・プラットホームを１層の厚さだけ下降させて、次の層を処理する。
【００３９】 完全な構成要素を製造するまで、このプロセスを層ごとに繰り返す。
【００４０】 図面は、異なる材料で作られた構成要素の処理領域を示す。図中でちょうど処
理中である、構成要素１４の最上部の層では、４つの小さな領域（黒い）内で、
強化するために層を第２の材料１２で作っているのを見ることができる。
【００４１】 本方法および付属の装置で使用した金属を溶融させて層を製造する方法の基本
的プロセスの原理は、当業者に知られている。本明細書に記載の本発明の好まし
い実施形態および実施例では、粉末状の材料を第１の材料として使用しているが
、もちろん、この材料は、液相で使用することもでき、液相の第２の材料を使用
することも、本発明の装置または本発明のプロセスの本質的な特徴を変える必要
なく実現可能である。本発明の装置およびプロセスによって、２つの材料だけで
なく、３つまたはそれ以上の材料製の構成要素を製造することができる。この場
合、他の材料用に設けなければならないのは、導入機構９を通る材料の導入だけ
である。これは、ある層の処理中に簡単な方法で行うことができる。このように
、本プロセスおよび装置によって、例えば、複雑な構成要素を必要な点だけ硬い
材料で強化することができるように、異なる材料製の構成要素を製造することが
できる。連続した製品を製造するためのラピッド製造プロセスの適用範囲は、し
たがって、本質的に拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 材料の組合せから構成要素を製造する装置の実施例の略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年６月２０日（２００１．６．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 材料の組合せから構成要素を製造する装置であって、前記装置
が、 構成要素（１４）用の下降可能なビルディング・プラットホーム（２）を有す
る底部表面（１）と、 前記ビルディング・プラットホーム（２）の上方の処理平面（３）内に粉末材
料（４）を平坦化するための機構（５）をもつ第１の導入機構と、 レーザ・ビーム（１１）を発光するためのレーザ光源と、 前記レーザ・ビームを前記処理平面（３）上に集束させる焦点光学システム（
８）を有する処理ユニット（６）および、 前記構成要素（１４）の上方の前記処理平面（３）に平行な平面内の任意の所
望の位置に前記処理ユニット（６）を位置決めすることができる位置決め機構を
備え、 前記処理平面（３）から材料を吸引するための吸引または吹き飛ばしユニット
（１０）、および別の材料（１２）のための第２の導入機構（９）が設けられて
いることを特徴とする装置。
【請求項５】 前記第２の導入機構（９）が、前記処理ユニット（６）に取付
けられ、かつ前記別の材料を前記レーザ・ビーム（１１）の焦点範囲内に集中す
るようにして移動させるように設計されていることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】 前記第２の導入機構（９）が、前記レーザ・ビームの前記焦点
範囲上に向けられている粉末状の材料用のノズルであることを特徴とする請求項
５に記載の装置。
【請求項７】 前記第２の導入機構（９）が、線状の材料用の送り機構である
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】 前記第２の導入機構（９）が、前記別の材料（１２）用の供給
タンク、および前記ビルディング・プラットホーム（２）の上方の前記処理平面
（３）内に前記別の材料（１２）を分散させるスクレーパを備えることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】 少なくとも第１の材料（４）および第２の材料（１２）の材
料の組合せから構成要素（１４）を製造する方法であって、前記構成要素（１４
）が、前記材料を１層ごとに層状に付着させ、溶融させることによって製造され
、前記各層のうちの少なくとも１層のために、 前記第１の材料（４）を前記構成要素（１４）用の下降可能なビルディング・
プラットホーム（２）の上方の処理平面（３）内の平坦化機構（５）で分散させ
るステップと、および 前記処理平面（３）の第１の範囲内の前記処理平面（３）上に集束させたレー
ザ・ビーム（１１）を用いて、前記第１の材料（４）を前記第１の領域の前記ス
キャンした形状に従って溶融させるステップと、 前記構成要素を前記第２の材料（１２）または前記第２の材料を用いた化学コ
ンパウンドで作ろうとしている、前記処理平面（３）の第２の領域内の前記第１
の材料（４）を吸引または吹き飛ばすステップと、 前記処理平面（３）の前記第２の領域内に前記第２の材料（１２）を付着させ
、前記処理平面（３）上に集束させたレーザ・ビーム（１１）を用いて前記構成
要素（１４）の層の形状をスキャンして、前記第２の材料（１２）または前記第
２の材料の前記化学コンパウンドを、前記第２の領域内の前記スキャンした形状
に従って溶融させるステップと、および 別の層を付着させようとする場合、前記ビルディング・プラットホーム（２）
を前記溶融させた層の厚さだけ下降させるステップと、を有することを特徴とす
る方法。
【請求項１４】 前記処理平面（３）内の前記構成要素（１４）の各層の形状
の前記スキャニングが、前記レーザ・ビーム（１１）を集束させる焦点光学シス
テム（８）を支持し、前記構成要素（１４）の上方の前記処理平面（３）に平行
な平面内の任意の所望の経路上で前記焦点光学システム（８）を移動させること
ができる位置決め機構によって行われることを特徴とする請求項１１乃至１３の
いずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】 前記第１の領域の前記スキャニングが、回転可能なようにし
て支持されており、前記位置決め機構によって前記レーザ・ビームとともに導か
れるスキャニング・エレメント（７）によって前記レーザ・ビーム（１１）がそ
の上方に導かれるサブ領域を次々にスキャニングすることによって行われる一方
、前記第２の領域のスキャニングが、静止しているスキャニング・エレメント（
７）によって行われることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 ＤＥ １９６ ４９ ８６５ Ｃ１は、本請求項１の属部分に記載の装置を使
用した、このようなプロセスの一例を記載している。このプロセスでは、結合剤
もフラックス添加物も含まない粉末状の金属材料を構成要素のプラット・ホーム
上に付着させ、構成要素の形状に応じた溶融温度まで加熱する。レーザ・ビーム
のエネルギーは、レーザの当ったところで粉末状の金属材料の全ての厚さが完全
に溶融するように選択される。レーザ・ビームは、それぞれ次の軌跡が前の軌跡
と部分的に重なり合うようにして、それぞれの粉末状の金属材料層の所定の領域
を覆う多数の軌跡内に導入される。それと同時に、レーザ・ビームが粉末状の金
属材料に当る領域上の保護ガス雰囲気を維持して、例えば酸化によって起こり得
る欠陥を防ぐ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】 レーザ・ビーム生成プロセスは、一段階プロセスである。このプロセスでは、
導入機構によって、作動材料を線材または粉末としてレーザ・ビームの焦点に連
続的に導入する。材料の導入およびエネルギーの供給は、レーザを介して同時に
行われる。材料が粉末の場合、金属粉末を、好ましくは不活性ガス流を介して粉
末ノズルに供給し、処理すべき点上にその焦点を合わせる。レーザ・ビームおよ
び導入機構は、互いに対して静止しており、各層での構成要素の製造すべき形状
または輪郭に従って移動する。この場合も、レーザ・ビームで対応する形状をス
キャンすることによって一層ごとに構成要素を製造する。 ＤＥ １９５ ３３ ９６０ Ａ１は、金属加工物の製造のためのこのような
プロセスおよび付属の装置の一例を記載している。この例の中で、粉末ノズルに
よって、レーザ・ビームに対して同軸のトラック状に粉末状の材料を加工物上に
付着させ溶融させる。この公報は、加工物の表面から溶融されていない粉末状の
材料を吸引または吹き飛ばすことを含む、異なる材料製の層を付着させることも
記載している。この公報の方法または装置では、見かけ上、第２の材料を第１の
材料と同じ粉末ノズルを通って加工物の表面上に付着させる。 ＤＥ ４４ １５ ７８３は、金属粉末を付着させ、層状に溶融させることに
よって加工物を自由な形状で製造するプロセスを開示している。また金属粉末を
粉末ノズルによってトラック状に付着させ、レーザ・ビームを用いて溶融させる
。 ＵＳ ５ ５７８ ２２７は、線状の材料をレーザ・ビームを用いて下の各層
上に層状に付着させ、溶融させることによって３次元モデルを製造するためのプ
ロセスおよび装置を表している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】 レーザ・ビーム生成プロセスの選択的レーザ・ビーム溶融プロセスに対する利
点は、主に多数の金属材料をこのプロセスで処理することができることである。
また、硬い材料もこれによって容易に処理することができる。しかし、選択的レ
ーザ・ビーム溶融プロセスとは対照的に、このレーザ・ビーム発生プロセスによ
って生産することができる構成要素はほとんど複雑でないものにすぎない。すな
わち、特に寸法が１ｍｍ以下である精巧繊細な構成要素の場合、十分な精度を保
証することはできない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】 構成要素を製造する別の方法として、ＥＰ ０ ４３１ ９２４は、ラピッド
・プロトタイピングのための３次元印刷方法を表している。この方法では、加工
物の層状に製造した個々の層は、インク・ジェット技術を用いることによって、
接合材を加えて、局所的に固化される。 ＥＰ ０ ３２２ ２５７は、硬化可能な流体から加工物を層状に製造するた
めのプロセスおよび装置を記載している。硬化は再びレーザ・ビームによってス
キャンすることによって行われる。次に、硬化されていない領域を、吸引ユニッ
トによって吸引し、製造終了時に取り除くことができる支持材料を充填する。吸
引ユニットは、固化されていない領域を吸引するために使用する。 本発明の目的は、構成要素の単一の領域を異なる材料製にすることができるよ
うにして、材料の組合せから複雑な構成要素を製造することができる装置および
プロセスを提供することである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】 選択的レーザ・ビーム溶融装置と同様に、本発明の装置は、構成要素用の下降
可能なビルディング・プラットホームを備える底部表面と、ビルディング・プラ
ットホームの上方に配置された処理平面内で第１の材料を平坦化する機構をもつ
導入機構、およびレーザ・ビームを放射するレーザ光源を備える。また、レーザ
・ビームを処理表面上に集束させるための焦点光学システムを支承する処理ユニ
ットが設けられている。この処理ユニットは、位置決め機構を用いて、処理平面
と平行な平面内で移動する。したがって、この位置決め機構の目的は、製造すべ
き構成要素の形状または輪郭に従って、レーザ・ビームを処理平面上でスキャニ
ング移動させることである。レーザ・ビーム光源は、処理ユニット上に直接配置
しても、外側から結合してもよい。従来技術で知られている選択的レーザ・ビー
ム溶融装置とは対照的に、本発明の装置は、処理領域から材料を吸引するための
吸引または吹き飛ばしユニット、ならびに第２の材料を導入するための導入機構
を備え、この導入機構はこの第２の材料をレーザ・ビームの焦点領域内に導入す
る。この導入機構は、処理中に処理平面内のレーザ・ビームの焦点領域内に導入
される線状の材料用の送り機構であってもよい。この導入機構はまた、粉末状の
またはペースト状の第２の材料をレーザの焦点領域内に導入するノズルであって
もよい。両方の例において、好ましくは導入機構が処理ユニットに沿って動くよ
うにして、導入機構を処理ユニットに直接取り付ける。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】 しかし、第１の処理平面内に第１の材料を分散させる機構のような追加の機構
によって、導入機構を形成してもよい。この場合は、第１の材料用の供給タンク
に加えて第２の材料用の供給タンクを設けなければならない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｌｅｏｎｒｏｄｓｔｒａｓｓｅ 54， Ｄ −80636 Ｍｕｎｃｈｅｎ Ｄｅｕｃｈｌ ａｎｄ (72)発明者 マイネルズ， ヴィルヘルム ドイツ国 ア−ヘン デー−52072， フ ェルスターシュトラーセ 25 (72)発明者 ガッセル， アンドレス ドイツ国 アーヘン デー−52066， ア ム パーペルヴァイヤー 32 (72)発明者 ヴィッセンバッハ， コンラッド ドイツ国 ヘルツォーゲンラート デー− 52134， ルンペナー シュトラーセ 95 Ｆターム(参考） 4E093 FA12 FC10 【要約の続き】 ができる。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 材料の組合せから構成要素を製造する装置であって、前記装
    置が、 構成要素（１４）用の下降可能なビルディング・プラットホーム（２）を有す
    る底部表面（１）と、 前記ビルディング・プラットホーム（２）の上方の処理平面（３）内に材料（
    ４）を導入して平坦化するための機構（５）と、 レーザ・ビーム（１１）を発光するためのレーザ光源と、 前記レーザ・ビームを前記処理平面（３）上に集束させる焦点光学システム（
    ８）を有する処理ユニット（６）および、 前記構成要素（１４）の上方の前記処理平面（３）に平行な平面内の任意の所
    望の位置に前記処理ユニット（６）を位置決めすることができる位置決め機構を
    備え、 前記処理平面（３）から材料を吸引するための吸引または吹き飛ばしユニット
    （１０）、および別の材料（１２）のための導入機構（９）が設けられているこ
    とを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記吸引または吹き飛ばしユニット（１０）が、前記処理ユ
    ニット（６）に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記処理ユニット（６）が、前記レーザ・ビーム（１１）用
    の偏向エレメント（７）を備え、それによって前記レーザ・ビームを、前記位置
    決め機構のそれぞれの位置に応じた前記処理平面の領域内の任意の所望の点上に
    偏向させることができることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記偏向エレメント（７）が、Ｘ−Ｙスキャニング・ミラー
    ・システムであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記導入機構（９）が、前記処理ユニット（６）に取付けら
    れ、かつ前記別の材料を前記レーザ・ビーム（１１）の焦点範囲内に集中するよ
    うにして移動させるように設計されていることを特徴とする請求項１乃至４のい
    ずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記導入機構（９）が、前記レーザ・ビームの前記焦点範囲
    上に向けられている粉末状の材料用のノズルであることを特徴とする請求項５に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記導入機構（９）が、線状の材料用の送り機構であること
    を特徴とする請求項５に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記導入機構（９）が、前記別の材料（１２）用の供給タン
    ク、および前記ビルディング・プラットホーム（２）の上方の前記処理平面（３
    ）内に前記別の材料（１２）を分散させるスクレーパを備えることを特徴とする
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記位置決め機構が、２つの線形軸を備える、Ｘ−Ｙ移動ユ
    ニットであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記平坦化用の機構（５）が、スクレーパの形状を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも第１の材料（４）および第２の材料（１２）の
    材料の組合せから構成要素（１４）を製造する方法であって、前記構成要素（１
    ４）が、前記材料を１層ごとに層状に付着させ、溶融させることによって製造さ
    れ、前記各層のうちの少なくとも１層のために、 前記第１の材料（４）を前記構成要素用の下降可能なビルディング・プラットホ
    ームの上方の処理平面（３）内に分散させるステップと、および 前記処理平面の第１の範囲内の前記処理平面上に集束させたレーザ・ビーム（１
    １）を用いて前記構成要素の層の形状をスキャンして、前記第１の材料（４）を
    前記第１の領域の前記スキャンした形状に従って溶融させるステップと、 前記構成要素を前記第２の材料（１２）または前記第２の材料を用いた化学コ
    ンパウンドで作ろうとしている、前記処理平面（３）の第２の領域内の前記第１
    の材料を吸引または吹き飛ばすステップと、 前記処理平面の前記第２の領域内に前記第２の材料（１２）を付着させ、前記
    処理平面上に集束させたレーザ・ビーム（１１）を用いて前記構成要素の層の形
    状をスキャンして、前記第２の材料または前記第２の材料を用いた前記化学コン
    パウンドを、前記第２の領域内の前記スキャンした形状に従って溶融させるステ
    ップと、および 別の層を付着させようとする場合、前記ビルディング・プラットホームを前記
    溶融させた層の厚さだけ下降させるステップと、有することを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２の材料（１２）を、個別の導入機構（９）を介し
    て前記レーザ・ビームの前記焦点範囲内に集中するようにして移動させることを
    特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２の材料（１２）を、前記処理平面の前記第２の領
    域内に前記第１の材料（４）と同じように付着させることを特徴とする請求項１
    １に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記処理平面内の前記構成要素の各層の形状の前記スキャ
    ニングが、前記レーザ・ビームを集束させる焦点光学システムを支持し、前記構
    成要素の上方の前記処理平面に平行な平面内の任意の所望の経路内で前記焦点光
    学システムを移動させることができる位置決め機構によって行われることを特徴
    とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記第１の領域の前記スキャニングが、回転可能なように
    して支持されており、前記位置決め機構によって前記レーザ・ビームとともに導
    かれるスキャニング・エレメントによって前記レーザ・ビームがその上方に導か
    れるサブ領域を次々にスキャニングすることによって行われる一方、前記第２の
    領域のスキャニングが、静止しているスキャニング・エレメントによって行われ
    ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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