JP2018009245A - ３次元物品の積層造形における粉体分配 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体の分配を制御することにより、最終的な３次元物品の材料品質を向上させる方法の提供。【解決手段】ワークテーブル上に供給された粉体床の少なくとも１つの層の部分の連続的な融合を介して３次元物品を成形する方法に関する。方法は、少なくとも第１および第２の粉体タンク６４、７４を設けるステップと、第１の粉体タンク６４中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、第２の粉体タンク７４中に第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップと、ワークテーブル上に第１の種類の粉体の第１のサブ層を供給するステップと、第１の種類の粉体の第１の層の最上部上に第２の種類の粉体の第２のサブ層を供給するステップと、３次元物品の第１の断面構成を形成するように、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって第１および第２のサブ層を同時に融合するステップと、を含む、方法。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、３次元物品の積層造形における粉体分配の方法に関する。

自由形状造形（freeform fabrication）または積層造形（additive manufacturing）は、ワークテーブルに給配（apply）される粉体層の選択した部分の連続融合を使って３次元物品を成形する方法である。

積層造形装置は、上面に３次元物品を成形するためのワークテーブルと、粉体床を形成するためワークテーブル上に粉体の薄層を布置（lay down）するようアレンジされた粉体ディスペンサまたは粉体分配器と、粉体にエネルギを加えこれにより粉体の融合を生じさせるための高エネルギビームと、粉体床の部分の融合を介して３次元物品の断面構成を形成するため、エネルギビームによって粉体床上に放出されるエネルギを制御するための諸素子と、３次元物品の連続的な断面構成に関する情報を格納する制御用コンピュータと、を含んでよい。３次元物品は、粉体ディスペンサによって引き続いて布置され、連続して形成される粉体層の断面構成の連続的な融合を介して成形される。

積層造形では、粉体の分配を制御することが重要である。所定の領域上に粉体の所定の量を分配することが望まれる。これには、ワークテーブル上に粉体の所定厚さを繰り返し供給するために、明確に定義された方法および装置が必要である。無視できない問題として、粉体層が、時々に不均一な厚さおよび／または不十分な粉体密度で供給されることがある。かかる不均一さは、不十分な材料品質、多孔性、プロセスの不安定さ、劣悪な表面品質および／または寸法変化、および／または表面歪みの形で、最終的な３次元物品の品質に影響を与え得る。

本発明の目的は、粉体層の不均一さによる前述の問題を排除、または少なくとも低減する方法を提供することである。前述の目的は、本明細書に添付された特許請求の範囲による方法の特徴によって達成される。

本発明の第１の例示的な態様において、構築チャンバ（build chamber）中のワークテーブル上に供給される少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を介して３次元物品を成形する方法が提供され、これらの部分は、３次元物品の連続的な断面構成に対応している。本方法は、少なくとも第１の粉体タンクおよび少なくとも第２の粉体タンクを設けるステップと、第１の粉体タンク中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、第２の粉体タンク中に第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、該第２の種類の粉体を供給するステップと、ワークテーブル上に第１の種類の粉体の第１のサブ層を供給するステップと、第１の種類の粉体の第１のサブ層の最上面に第２の種類の粉体の第２のサブ層を供給するステップであって、これら第１および第２のサブ層は少なくとも１つの粉体層の１つを形成する、該第２のサブ層を供給するステップと、３次元物品の第１の断面構成を形成するために、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって、第１および第２のサブ層を同時に融合するステップと、を含む。

本発明の様々な実施形態の利点は、少なくとも第１および第２のサブ層を含む単一粉体層に対する粉体の密度が、単一ステップで単一粉体層を分配する場合に比べて増大することである。第２の粒度分布中の小さな粒子は、第１の粒度分布を有する粒子から成る第１のサブ層中の空洞の少なくとも一部を充填することが可能である。単一粉体層に対する粉体のより高い密度は、粉体層が第１および第２の粉体分布の混合体を用いて単一のステップで分配されたとした場合に比べて、より良好な材料特性、より細かな許容幅、およびより良好な表面を有する最終的３次元物品をもたらすことができる。

本発明のある例示的実施形態において、第１の粒度分布は、第２の粒度分布を有する粒子サイズとはオーバーラップしない。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、第２の粒度分布中の全ての粒子が第１の粒度分布中の最小の粒子よりも小さいこと、すなわち、第２の粒度分布中の全粒子が第１のサブ層中の空洞を満たす候補になり得ることである。

本発明のまだ別の例示的実施形態において、第１の粒度分布は、第２の粒度分布を有する粒子のサイズと部分的にオーバーラップする。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、粒度分布の全幅が非常に狭い状態で、２つのサブ層が供給可能なことである。本発明のさらに別の実施形態において、第１の粒度分布中の最小の粒子は、第２の粒度分布中の最大の粒子の３倍、５倍、または７倍の大きさである。この実施形態の利点は、粒度分布中に大きなばらつきを有する粒度分布に対し、第１および第２のサブ層を含む単一粉体層の密度が増大できることである。

本発明のさらに別の実施形態において、第１の種類の粉体を受容するようになされた第１のオーバーフロー容器および第２の種類の粉体を受容するようになされた第２のオーバーフロー容器が、構築チャンバの外部に設けられる。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、第１の種類の粉体の一切のオーバーフローを、第２の種類の粉体の一切のオーバーフローに対するものと異なったオーバーフロー容器中に収集可能なことである。これは粉体の再使用を簡単にできる。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、第１のオーバーフロー容器は構築チャンバの第１の側に設けられ、第２のオーバーフロー容器は構築チャンバの第２の側に設けられ、第１の粉体タンクは構築チャンバの第２の側に設けられ、第２の粉体タンクは構築チャンバの第１の側に設けられ、この第１の側と第２の側とは相互に反対側である。

まだ別の例示的な実施形態において、第１および第２の粉体タンクは構築チャンバの第１の側に設けられ、第１のオーバーフロー容器は構築チャンバの第２の側に設けられ、第１の側と第２の側とは相互に反対側である。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、それぞれ第１および第２の種類の粉体を有する第１および第２の粉体タンクが、そう簡単には相互に混合され得ないということである。第１の種類の粉体は左端の粉体タンク中に供給することができ、第２の種類の粉体は、第１の粉体タンクと構築チャンバとの間の粉体タンクに供給することができる。この第１の種類の粉体は、第２の種類の粉体より大きな粒度分布を有する。第１の種類の粉体の所定量を第２の粉体タンクを越えて移動するとき、第１の粉体タンクからの粗粒粉体が、第２の粉体タンク中の細末粉体と混合する可能性はない。しかしながら、これら粉体タンクが置き換えられると、粉体の混合が生じ構築チャンバでの粉体密度が低下する可能性がある。

さらに別の例示的実施形態において、第１および第２のサブ層を給配するとき、ワークテーブルは同じ位置上にある。

第１のサブ層の最上面に第２のサブ層を給配するとき、ワークテーブルの位置を変えなくてよい。これは、粉体分配器が第１のサブ層の上に第２の種類の粉体を分配するときに、第２の種類の粉体からの細粒を第１のサブ層に押し込むことが可能なことを意味する。

本発明の別の例示的実施形態では、ワークテーブルは、第１のサブ層を給配するとき、構築チャンバの最上部から第１の距離の第１の位置にあり、第２のサブ層を給配するときは、構築チャンバの最上部から第２の距離の第２の位置にあって、この第１の距離は第２の距離よりも小さい。少なくともこの実施形態では、第１のサブ層の最上面に第２のサブ層が供給されるとき、ワークテーブルは第２の位置に低下される。これは、第１および第２のサブ層の給配の過程でワークテーブルが同じ位置あるとした場合に比べて、より厚い第２のサブ層をもたらす。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、ワークテーブルは、粉体層の厚さの一部が構築チャンバの最上部を上回る第３の位置に設定され、この粉体層の厚さの部分は融合ステップの前に除去される。少なくともこの実施形態では、ワークテーブル上の粉体層の厚さの一部は、粉体層の融合を開始する前に除去される。これは、残りの粉体層中の粒子の密度をさらに増大させることができる。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、ワークテーブルの第３の位置は、ワークテーブルの第１の位置と第２の位置との間にある。これは、第２のサブ層の厚さの一部が、残りの粉体層の融合を開始する前に除去されることを意味する。残りの粉体層は、第１のサブ層の当初の厚さと、最初に給配された第２のサブ層よりも薄い厚さとを含む。ワークテーブル上の第２のサブ層の厚さの部分の除去は、残りの粉体層中の粒子の高密度化をもたらすことができる。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、収容用チャンバは真空チャンバである。真空チャンバ内部に３次元物品の造形工程を設ける利点は、清浄な環境、すなわち最終的粒子に影響する可能性のある異物粒子がないことである。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、高エネルギビーム源は、電子ビームまたはレーザビームである。

本発明のまだ別の例示的実施形態において、第１のサブ層を供給するために第１の粉体分配器が設けられ、第２のサブ層を供給するために第２の粉体分配器が設けられる。相異なる粉体分配器は相異なる形状を有してよい。サブ層をできるだけ緻密に給配するために、第１の粒度分布は第１の粉体分配器を必要とし得、第２の粒度分布は第２の粉体分配器を必要とし得る。

さらに別の例示的実施形態において、第１および第２の粉体分配器は２つの物理的に別個の粉体分配器である。別の例示的実施形態では、第１および第２の粉体分配器は、形状を変更するようになされた単一の粉体分配器である。

さらに別の例示的実施形態において、粉体の除去が、第１および／または第２のサブ層を供給するために使われる粉体分配器とは異なる粉体分配器を使って実施される。第１の粉体層の薄部を掻き取るために、第１および／または第２のサブ層を給配するための粉体分配器とは異なる粉体分配器を使うことができる。この理由は、残りの粉体層の緻密さを最大化するために、粉体分配器の別の形状および／または位置が必要となり得るからである。

或る例示的実施形態において、粉体の除去のための粉体分配器は、第１および第２の粉体分配器とは物理的に別個の粉体分配器である。この実施形態では、融合の前に第１の粉体層から薄い粉体層を掻き取るために別個の粉体分配器が使われる。別の実施形態において、粉体の除去のための粉体分配器が、第１および第２の粉体分配器と同じ粉体分配器上に設けられる。

本発明の別の態様において、構築チャンバ中のワークテーブル上に供給される粉体床の少なくとも１つの層の部分の連続的な融合を介して３次元物品を成形する方法が提供され、これらの部分は、３次元物品の連続的な断面構成に対応する。本方法は、少なくとも第１の粉体タンクを設けるステップと、ワークテーブルを、構築チャンバの最上部から第１の距離にある第１の位置に設定するステップと、第１の厚さを有する粉体の第１の層を、ワークテーブル上に供給するステップと、ワークテーブルを、構築チャンバの最上部から第２の距離にある第２の位置に設定するステップであって、第２の距離は第１の距離よりも小さく、粉体層の第１の厚さの一部は構築チャンバの最上部より上にある、該設定するステップと、ワークテーブル上の粉体の層の第１の厚さの一部を除去し、第２の厚さを有する粉体の第１の層を得るステップであって、この第２の厚さは第１の厚さより小さい、該除去するステップと、３次元物品の第１の断面構成を形成するために、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって、第２の厚さを有する第１の層を融合するステップと、を含む。

最初に過剰厚さの粉体を給配し、次いでその粉体層の厚さの一部を除去することによって、粉体層中の粒子の緻密さを増すことができる。

本発明の別の例示的実施形態において、本方法は、第１の粉体タンク中に、第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、第２の粉体タンクを設けるステップと、第２の粉体タンク中に、第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、該供給するステップと、第１の種類の粉体の第１のサブ層を、ワークテーブル上に供給するステップと、第２の種類の粉体の第２のサブ層を、第１のサブ層の最上面に供給するステップであって、これら第１および第２のサブ層は粉体床の第１の層を形成する、該供給するステップと、３次元物品の第１の断面構成を形成するために、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって、第１および第２のサブ層を同時に融合するステップと、を含む。

少なくともこの実施形態では、第１の粉体層は、２つの異なるステップでワークテーブル上に給配された、第１のサブ層および第２のサブ層を含む。相互の最上面に相異なるサブ層を給配し、その後で第１の粉体層の厚さの一部を掻き取ることで粉体層中の粒子の緻密さを向上することが可能である。

さらに別の例示的実施形態において、ワークテーブル上の第１のサブ層の厚さの一部を除去した後で第２のサブ層が供給される。少なくともこの実施形態では、第１のサブ層は、最初に第１の厚さで給配される。引き続くステップで、第２のサブ層が第１のサブ層の最上面に給配される前に、第１のサブ層の厚さの一部が除去される。これは、第１のサブ層の最上面に第２のサブ層を給配する前に第１のサブ層をできるだけ緻密にできる利点があるが、利点はこれに限らない場合もある。

さらに別の例示に実施形態において、第１および第２のサブ層を同時に融合する前にワークテーブル上の第２のサブ層の厚さの一部が除去される。この実施形態では、第２のサブ層の一部は融合の前に除去される。これは、第１のサブ層の厚さの一部の除去に加えて行ってよい。

本発明のさらに別の例示的実施形態において、第１の粒度分布は、第２の粒度分布中の粒子サイズとはオーバーラップしない。別の実施形態では、第１の粒度分布は、第２の粒度分布中の粒子サイズと部分的にオーバーラップする。さらに別の例示的実施形態において、第１の粒度分布中の最小の粒子は、第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも３倍、５倍、または７倍の大きさである。まだ別の例示的実施形態では、第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは第１の粒度分布中の最小の粒子サイズより小さい。

さらに別の例示的実施形態において、本方法は、第１および第２のサブ層を分配する前に、３次元物品の前回に融合された断面構成の最上面に粉体の第１の層を供給するステップを含む。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、先に融合された断面構成中の一切の不均一さを、第１および第２のサブ層を供給する前に平坦化することが可能であって、より平坦に分配された第１および第２のサブ層が得られることであり、これがさらに最終的３次元物品の寸法精度を向上できることである。

ある例示的実施形態において、第１の層中の粉体は、第２の種類である。第２の種類の粉体の第１の層を供給する典型的な利点は、この粉体が細粒粉体であること、すなわち、一切の小さな不均一さが相対的に細粒の第１の層によって充填可能なことである。

さらに別の例示的実施形態において、第１の層中の粉体は、第１および第２のサブ層が分配される前に焼結される。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、第１および第２のサブ層の給配の過程で平坦な表面が確保されることである。

さらに別の例示的実施形態では、この第１の層は、第１および第２のサブ層の和よりも薄い。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、第１の層は平坦化ステップに当たると見なせるが、これが全体の断面構成厚さの尠少にすぎず、このことは、造形の時間をスピードアップするために、第１および第２のサブ層の少なくとも１つに別の種類の粒度分布を使用できることを意味する。別の利点は、より幅広い粒度分布が用いられ、このことは、合計粉体コストが低減可能なことを意味する。

さらに別の例示的実施形態において、粉体の第１の層は、第１および第２のサブ層の和の厚さの半分より小さい。少なくともこの実施形態の典型的な利点は、第１の層と、第１および第２のサブ層の１つとに対しオーバーラップのない粒度分布が使用可能なことである。

以下に、添付の図面を参照しながら、限定されない仕方で本発明の様々な実施形態をさらに説明する。図面のいくつかの図に亘って、対応する類似の部分を示すために同じ参照文字が使われている。

従来技術による、３次元製品を作製するための装置を概略図で示す。 単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第１の例示的実施形態を概略図で表す。 単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第２の例示的実施形態を概略図で表す。 相異なる粉体特性の少なくとも２つのサブ層から成る粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第１の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 相異なる粉体特性の少なくとも２つのサブ層から成る粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第１の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 相異なる粉体特性の少なくとも２つのサブ層から成る粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第１の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 相異なる粉体特性の少なくとも２つのサブ層から成る粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第１の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 第１の粉体特性を有する、第１の粉体層の第１のサブ層を概略図で表す。 第１の粉体層を形成する第１および第２のサブ層を概略図で表し、これら第１および第２のサブ層は相異なる粒度分布を有する。 粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第２の例示的実施形態中の２つのステップを概略図で表す。 粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第２の例示的実施形態中の２つのステップを概略図で表す。 単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第３の例示的実施形態を概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。 本発明による、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の第３の例示的実施形態中の各種ステップを概略図で表す。

本発明の様々な実施形態の理解を容易にするために、以下にいくつかの用語を定義する。ここで定義する用語は、本発明に関する分野の当業者によって共通に理解される意味を有する。「或る（ａ、ａｎ）」および「該（ｔｈｅ）」は単数のエンティティだけを言及する意図はなく、説明のため用いられ得る具体的な例の一般的分類を含む。本明細書中の用語は本発明の特定の実施形態説明するために使用されているが、これらの使用は、特許請求の範囲で概述されている場合を除き、本発明を限定するものではない。

本明細書で使われる用語「３次元構造体」および類似用語は、一般に、特定の用途に使用するよう意図された、予定のまたは実際に作製された（例えば、構造材料または材料群の）３次元構成体を言う。かかる構造体等は、例えば、３次元ＣＡＤシステムの助力によって設計することが可能である。

本明細書の様々な実施形態において使われる用語「電子ビーム」は、任意の荷電粒子のビームを言う。これらの荷電粒子のビーム源には、電子銃、線形加速器などを含めることができる。

図１は、従来技術による、自由形状造形または積層造形装置２１の或る実施形態を表す。

装置２１は、電子ビーム銃６と、偏向コイル７と、２つの粉体ホッパ４、１４と、構築プラットフォーム２と、構築チャンバ１０と、粉体分配器２８と、粉体床５と、真空チャンバ２０とを含む。

真空チャンバ２０は、真空システムを使って真空環境を維持する能力を有し、この真空システムは、当業者には周知の、したがってこの文脈においてさらなる説明を要しない、ターボ分子ポンプ、スクロールポンプ、イオンポンプ、および１つ以上のバルブを含んでよい。真空システムは、制御ユニット８によって制御される。

電子ビーム銃６は、構築プラットフォーム２上に供給された粉体材料を一緒に融解または融合するために使われる電子ビームを生成する。電子ビーム銃６の少なくとも一部は、真空チャンバ２０の中に設けることができる。制御ユニット８は、電子ビーム銃６から放出される電子ビームを制御および管理するために用いることが可能である。少なくとも１つの焦点コイル（図示せず）、少なくとも１つの偏向コイル７、非点収差補正用の随意的なコイル（図示せず）および電子ビーム電源（図示せず）を、制御ユニット８に電気的に接続することができる。本発明の或る例示的実施形態において、電子ビーム銃６は、約１５〜６０ｋＶの加速電圧および３〜１０Ｋｗの範囲のビーム出力を有する焦点合わせ可能な電子ビームを生成する。エネルギビームを用いた粉体層毎の融合によって３次元物品を構築するとき、真空チャンバ中の圧力は、１０^−３ｍｂａｒ以下とするとよい。

別の実施形態において、粉体材料を融解または融合するためにレーザビームを使えばよい。かかる場合、レーザビームを所定の位置に屈折させるために、ビーム経路の中に傾転可能なミラーを用いることができる。

粉体ホッパ４、１４は、構築チャンバ１０中の構築プラットフォーム２上に供給される粉体材料を含む。粉体材料は、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、Ｃｏ−Ｃｒ合金、ニッケルベースの超合金などの純金属または金属合金であってよい。

粉体分配器２８は、構築プラットフォーム２上に粉体材料の薄層を布置するようにアレンジされる。作業サイクルの過程で、構築プラットフォーム２は、真空チャンバ中の固定点に対し連続的に降下されることになる。この動きを可能にするために、本発明の一実施形態において、構築プラットフォーム２は、垂直方向、すなわち矢印Ｐで示される方向に移動可能にアレンジされる。これは、構築プラットフォーム２が、必要な厚さの第１の粉体材料を布置された初期状態で起動されることを意味する。構築プラットフォーム２を降下させる手段は、例えば、ギア、調整ねじなどを備えたサーボエンジンを介して行うことができよう。

電子ビームは、構築プラットフォーム２上に亘って照射され、第１の粉体層を選択された位置で融合させて３次元物品の第１の断面構成を形成することができる。このビームは、制御ユニット８によって与えられた命令により、構築プラットフォーム２上に亘って照射される。制御ユニット８には、３次元物品の各層に対し電子ビームをどのように制御するかについての命令が格納されている。

第１の層が完了、すなわち、３次元物品の第１の層を作製するための粉体材料の融合が完了した後、構築プラットフォーム２上に第２の粉体層が供給される。第２の粉体層は、好ましくは、前回の層と同じ仕方によって分配される。但し、同じ積層造形マシンにおいて粉体をワークテーブル上に分配する違った方法もあり得よう。

構築プラットフォーム上に第２の粉体層を分配した後、エネルギビームがワークテーブル上に亘って照射され、第２の粉体層を選択された位置で融合させて３次元物品の第２断面構成を形成する。第２の層の融合部分は、第１の層の融合部分と接合させることが可能である。第１および第２の層中の融合部分は、最上層中の粉体が融解するだけでなく、最上層の直下の層の厚さの少なくともわずかな部分も再融解することによって、共融解することができる。

図２Ａは、単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第１の例示的実施形態を概略的に表す。

図２Ａ中の概略的な実施形態は、第１の粉体ホッパ４と第２の粉体ホッパ１４と、粉体分配器２８と、粉体テーブル４０と、構築チャンバ１０と、構築プラットフォーム２と、随意的な開始プレート５と、第１のオーバーフロー容器５０と、第２のオーバーフロー容器６０と、を含む。粉体層を融合するためのエネルギビーム（群）およびそのエネルギビーム源（群）並びにビーム偏向メカニズムは、簡潔さのためだけに省略されている。

第１の粉体タンク４には、第１の種類の粉体、例えば、第１の粒度分布を有する粉体を供給することができる。第２の粉体タンク１４には、第２の種類の粉体、例えば、第２の粒度分布を有する粉体を備えることができる。いくつかの実施形態において、第１および第２の粒度分布は、相互にオーバーラップする粒子サイズを有してもよく、他の実施形態では、第１および第２の粒度分布は、相互にオーバーラップがないようにしてもよい。

粉体分配器２８と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル上に、第１の粉体タンク４からの第１の種類の粉体の所定量を供給することができる。別の実施形態において、この粉体の所定量は、第１の粉体ホッパからの粉体の落下場所（scree）から採取すればよい。粉体分配器は、粉体テーブル上の粉体の落下場所中に移動することができ、第１の種類の粉体の落下場所に面する第１の側から構築チャンバに面する第２の側に、粉体分配器２８上に粉体の所定量が落下するのを可能にする。第１の種類の粉体の第１のサブ層は、粉体分配器を使って第１の種類の粉体の所定量を開始プレート５（もしくは、開始プレートがない場合は構築プラットフォーム）上に分配することによって形成することが可能である。

粉体分配器２８と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル上に、第２の粉体タンク１４からの第２の種類の粉体の所定量を供給することができる。別の実施形態において、第２の種類の粉体の所定量は、第２の粉体ホッパからの粉体の落下場所から採取すればよい。粉体分配器２８は、粉体テーブル上の粉体の落下場所中に移動することができ、第２の種類の粉体の粉体の落下場所に面する第１の側から構築チャンバ１０に面する第２の側に、粉体分配器２８上に粉体の所定量が落下するのを可能にする。第２の種類の粉体の第２のサブ層は、粉体分配器を使って第２の種類の粉体の所定量を第１のサブ層上に分配することによって形成することが可能である。

第１の種類の粉体の一切のオーバーフローは、第１のオーバーフロー容器５０によって受容でき、該容器は構築チャンバ１０の右側に設けるとよい。第１の種類の粉体を含む第１の粉体タンク４は、構築チャンバの左側上に設けるとよい。

第２の種類の粉体の一切のオーバーフローは、第２のオーバーフロー容器６０によって受容でき、該容器は構築チャンバ１０の左側に設ける。第２の種類の粉体を含む第２の粉体タンク１４は、構築チャンバの右側上に設けるとよい。

第１および第２のサブ層は、第１の粉体層を形成することができる。３次元物品の第１の断面構成を形成するため、第１および第２のサブ層は同時に融合することが可能である。完成３次元物品は、そのすべての断面構成に対し分配ステップと融合ステップとを繰り返すことによって造形される。

図２Ｂは、単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第２の例示的実施形態を概略的に表す。

図２Ｂ中の概略的実施形態は、第１の粉体タンク６４と、第２の粉体タンク７４と、粉体分配器２８と、粉体テーブル４０と、構築チャンバ１０と、構築プラットフォーム２と、第１のオーバーフロー容器５０と、第２のオーバーフロー容器６０と、を含む。粉体層を融合するためのエネルギビーム（群）およびそのエネルギビーム源（群）並びにビーム偏向メカニズムは、簡潔さのためだけに省略されている。

第１の粉体タンク６４には、第１の種類の粉体、例えば、第１の粒度分布を有する粉体を供給することができる。第２の粉体タンク７４には、第２の種類の粉体、例えば、第２の粒度分布を有する粉体を供給することができる。第１および第２の粒度分布は、相互にオーバーラップする粒子サイズを有することが可能で、他の実施形態では、第１および第２の粒度分布は、相互にオーバーラップがないようにすることが可能である。

粉体分配器２８と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル４０上に、第１の粉体タンク６４からの第１の種類の粉体の所定量を供給することができる。粉体タンク６４中の床６５を所定の距離上昇させることによって、粉体テーブル４０上に粉体の所定量が供給される。そうすることによって、粉体タンク６４中の粉体６７の所定の厚さを、粉体分配器２８によって、粉体タンク６４から、粉体タンク６４と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル４０に、あるいは構築チャンバ１０と粉体タンク６４との間にスペースがない場合には、直接構築チャンバ１０に、掻き出すことができる。

第１の種類の粉体６７の第１のサブ層は、粉体分配器２８を使って、粉体を構築プラットフォーム６５上に分配することによって形成することが可能である。

第２の粉体タンク７４からの第２の種類の粉体７７の所定量は、粉体分配器２８と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル４０上に供給すればよい。この粉体の所定量は、第２の粉体タンク７４中の床７５を所定の距離上昇させることによって粉体テーブル４０上に供給される。そうすることによって、粉体タンク７４中の粉体７７の所定の厚さを、粉体分配器２８によって、第２の粉体タンク７４から、第２の粉体タンク７４と構築チャンバ１０との間の粉体テーブル４０に、あるいは構築チャンバ１０と第２の粉体タンク７４との間にスペースがない場合には、直接構築チャンバ１０に、掻き出すことができる。

第２の種類の粉体６７の第２のサブ層は、粉体分配器２８を使って、粉体を第１の種類の粉体の第１のサブ層の上に分配することによって形成することが可能である。第１のサブ層と第２のサブ層とは第１の粉体層を形成することができる。

第１の種類の粉体６７の一切のオーバーフローは、第１のオーバーフロー容器５０によって受容でき、該容器は構築チャンバ１０の右側で且つ第２の粉体タンク７４の右側に設けるとよい。第１の種類の粉体を含む第１の粉体タンク６４は、構築チャンバ１０の左側に設けるとよい。

第２の種類の粉体７７の一切のオーバーフローは、第２のオーバーフロー容器６０によって受容でき、該容器は構築チャンバ１０の左側で且つ第１の粉体タンク６４の左側に設ける。

第１および第２のサブ層は、第１の粉体層を形成することができる。３次元物品の第１の断面構成を形成するため、第１および第２のサブ層を同時に融合することが可能である。完成３次元物品は、そのすべての断面構成に対し分配ステップと融合ステップとを繰り返すことによって造形することができる。

図１２Ａ〜図１２Ｆは、構築チャンバ１０中のワークテーブル２上に供給される少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を介して３次元物品を造形する方法の各種ステップの例示的実施形態を概略図で表し、これらの部分は、３次元物品の連続する横断形成に対応している。この例示的実施形態において、粉体材料の第１の層９０がワークテーブル２上に供給される。第１の層９０は、この第１の層９０の最上面に第２の層９２を供給する前に焼結または融解される。第１および第２の層は一単位と見なされ、３次元物品の１つの断面構成を表す。第１の層のこの機能は、前回に融解された層（断面構成）の最上部表面上の一切の不均一さを平坦化することである。第１の層の最上面に第２の層が供給されるとき、第１の層の平坦さを前回の層の最上部表面の平坦さに比べて改善されたものにすることができる。これら不均一さが効率的に平坦化されるように粒度分布を選択すればよい。或る例示的実施形態において、粉体材料の第１の層９０の厚さは、粉体材料の第２の層９２の厚さの半分未満とすることが可能である。

さらに具体的には、或る例示的実施形態では、本方法は、少なくとも第１の粉体タンク６４および最小限少なくとも第２の粉体タンク７４を設けるステップを含むことができる。図１２Ａ〜図１２Ｆにおいて、第１の粉体タンク６４は、構築チャンバ１０の左側に設けることが可能であり、第２の粉体タンク７４は、構築チャンバ１０の右側に設けることが可能で、第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体６７が第１の粉体タンク６４中に供給される。図１２Ａ〜図１２Ｆでは、構築チャンバ１０の左側の第１の粉体タンク６４は、第１の種類の粉体６７を含む。第１の種類の粉体６７は、粗粒の粉体であってよい。すなわち、その平均粒子サイズは、第２の種類の粉体７７の平均粒子サイズと比べてより大きく、第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体７７が第２の粉体タンク７４中に供給される。図１２Ａ〜図１２Ｆにおいて、構築チャンバ１０の右側の第２の粉体タンク７４は、第２の種類の粉体７７を含む。

第２の種類の粉体７７は、細粒の粉体であってよい。すなわち、その平均粒子サイズは、第１の種類の粉体（粗粒の粉体）の平均粒子サイズと比べてより小さい。或る例示的実施形態において、第１の種類の粉体６７（粗粒の粉体）は５０〜１００μｍの粒度分布を有すればよく、第２の種類の粉体７７（細粒の粉体）は２５〜４５μｍの粒度分布を有すればよい。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、裸のワークテーブル２の最上面または前回に融合された粉体層の最上部表面上に粉体材料の第１の層９０を供給するステップをさらに含むことができる。図１２Ａにおいて、第２の粉体タンクからの第２の種類の粉体７７が、以下の仕方でワークテーブル２の最上面に供給される。第２の粉体タンク７４中の高さ調整可能なプラットフォーム７５は、プラットフォーム７５の最上部表面がＣ’で示された位置になるように、所定の量だけ上方に、プラットフォーム７５の下に矢印で示すように上昇される。所定の量だけプラットフォーム７５を上昇させることによって、第２の粉体タンク７４の内部の粉体の所定量が、第２の粉体タンク７４の最上部位置７９より上に持ち上げられることになる。粉体分配器２８は、第２の粉体タンク７４から粉体の所定量を掻き出し、それを構築チャンバ１０中の高さ調整可能なワークテーブル２上に給配するようになされる。

この例示的な方法において、図１２Ｂに示されるように、粉体分配器２８は、粉体材料の第１の層９０を高さ調整可能なワークテーブル２の最上面に給配することができる。第１の層９０の厚さは、前記高さ調節可能なワークテーブル２の最上部表面と構築チャンバ１０の最高位置１２との間の距離に等しい。第１の層９０は、粉体材料の第１のサブ層および第２のサブ層を給配する前に焼結または融解するとよい。第１の層と、第１および第２のサブ層は、１つの層、すなわち、３次元物品の１つの断面構成と見なされる。この第１の層は、前回の層の最上部表面上の一切の不均一さ平坦化するために供給される。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、第１の層９０の最上部表面上に第１の種類の粉体の第１のサブ層を供給するステップをさらに含むことができる。３次元物品を形成するためにエネルギビームによって融合されることになる一切の粉体層は、この実施形態では、少なくとも２つのサブ層と第１の層９０とを含むことが可能である。粉体層を形成するための少なくとも２つのサブ層は、粒度分布などの相異なる粉体特性を含むことができる。第１のサブ層は、まず、第１の粉体タンク６４中の高さ調整可能なプラットフォーム６５を、図１２Ｃ中にＡで示された第１の位置から図１２Ｃ中にＡ’で示された第２の位置に上昇させることによって供給することが可能になる。そうすることによって、第１の粉体タンク中６４中の粉体の所定量を、粉体タンク６４の最上部位置６９の上に持ち上げることができる。この粉体の所定量は、粉体分配器２８を使って粉体タンク６４から構築チャンバ１０に移送することが可能である。ワークテーブル２は、図１２Ｃ中にＢで示された位置に設定される。３次元物品の断面構成を表す粉体層の厚さは、第１の層９０の厚さと、第１および第２のサブ層９２の厚さとの和、すなわち、図１２中の構築チャンバの最上部位置１９から高さ調整可能なワークテーブル２の上部表面までの距離である。図１２Ｄには、粉体分配器が、第１の種類の粉体を第１の粉体タンク６４から構築チャンバ１０中の第１の層９０の最上部表面上に分配している時点が表されている。第１の粉体タンクから第１の種類の粉体を分配する際に、構築チャンバ１０の右端を通過した一切のオーバーフロー材料は、第１のオーバーフロー容器（図１２Ｃまたは図１２Ｄに図示せず）によって回収することができる。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、第１の種類の粉体の第１のサブ層の最上面に第２の種類の粉体の第２のサブ層を供給するステップをさらに含むことができる。図１２Ｅにおいて、第２のサブ層は、まず、第２の粉体タンク７４中の高さ調整可能なプラットフォーム７５を、図１２Ｅおよび図１２Ｆ中にＣ”で示された第２の位置に上昇させることによって供給することが可能となる。そうすることによって、第２の粉体タンク中７４中の粉体の所定量を、粉体タンク７４の最上部位置７９の上に持ち上げることができる。この所定量は、粉体分配器２８を使って第２の粉体タンク７４から構築チャンバ１０に移送することが可能である。ワークテーブル２は、Ｂで示された位置、すなわち、第１のサブ層が第１の層９０の上部表面の上に分配されたときと同じ位置に設定すればよい。図１２Ｆには、粉体分配器が、第２の種類の粉体を第２の粉体タンク７４から構築チャンバ１０中の第１のサブ層の上に分配している時点が表されている。第２の粉体タンク７４から第２の種類の粉体を分配する際に、構築チャンバ１０の左端を通過した一切のオーバーフロー材料は、第１のオーバーフロー容器（図１２Ｅまたは図１２Ｆに図示せず）によって回収することができる。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、３次元物品の第１の断面構成を形成するために、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって、第１の層９０と、第１および第２のサブ層とを同時に融合するステップをさらに含むことができる。第１の層９０と、第１および第２のサブ層９２とは、第１の粉体層を形成し、３次元物品の第１の断面構成を形成するために融合される。また、一切の下層の既に融合された３次元物品の断面構成も、少なくとも部分的に再融合され、Ｎ−１の数を有する既に融合された断面構成を持つ３次元物品のＮ番目の断面構成を表す融合粉体層の結合形成が得られ、このＮは２より大きい整数である。

図３〜図６は、構築チャンバ１０中のワークテーブル２上に供給された少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を介した３次元物品の成形の方法における各種のステップの別の例示的実施形態を概略図で表し、これらの部分は、３次元物品の連続する横断形成に対応している。

さらに具体的には、或る例示的実施形態において、本方法は、少なくとも第１の粉体タンク６４、および最小限少なくとも第２の粉体タンク７４を設けるステップを含むことができる。図３〜図６において、第１の粉体タンク６４は構築チャンバ１０の左側に設けられてよく、第２の粉体タンク７４は構築チャンバ１０の右側に設けられてよい。第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体６７が第１の粉体タンク６４中に供給される。図３〜図６では、構築チャンバ１０の左側の第１の粉体タンク６４が第１の種類の粉体６７を含む。第１の種類の粉体６７は、粗粒の粉体であってよく、すなわち、その平均粒子サイズは、第２の種類の粉体７７の平均粒子サイズと比べて大きい。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体７７を第２の粉体タンク７４中に供給するステップをさらに含むことができる。図３〜図６において、構築チャンバ１０の右側の第２の粉体タンク７４は、第２の種類の粉体７７を含む。第２の種類の粉体７７は、細粒の粉体であってよく、すなわち、その平均粒子サイズは、第１の種類の粉体（粗粒の粉体）の平均粒子サイズより小さい。或る例示的実施形態において、第１の種類の粉体６７（粗粒の粉体）は５０〜１００μｍの粒度分布を有すればよく、第２の種類の粉体７７（細粒の粉体）は２５〜４５μｍの粒度分布を有すればよい。第１の種類の粉体のサブ層がワークテーブル上に供給される。

３次元物品を成形するために、エネルギビームによって融合されることになる一切の粉体層は、本実施形態では少なくとも２つのサブ層を含むことが可能である。粉体層を形成するためのこれらサブ層の少なくとも２つは、粒度分布など相異なる粉体特性を有するとよい。第１のサブ層は、まず、第１の粉体タンク６４中の高さ調整可能なプラットフォーム６５を、図３中にＡで示された第１の位置から図３中にＡ’で示された第２の位置に上昇させることによって供給することができる。そうすることによって、第１の粉体タンク６４中の粉体の所定量を粉体タンク６４の最上部位置６９より上に持ち上げることが可能となる。この粉体の所定量は、粉体分配器２８を使って、粉体タンク６４から構築チャンバ１０に移送することが可能である。ワークテーブル２は、図３中のＢで示された位置に設定される。３次元物品の断面構成を表す粉体層の厚さは、第１および第２のサブ層９２の厚さの和、すなわち、構築チャンバの最上部位置１９から高さ調整可能なワークテーブル２の最上部表面までの距離である。図４には、粉体分配器が、第１の種類の粉体を第１の粉体タンク６４から構築チャンバ１０中のワークテーブル２の上に分配している時点が表されている。第１の粉体タンク６４から第１の種類の粉体６７を分配する際に、構築チャンバ１０の右端を通過した一切のオーバーフロー材料は、第１のオーバーフロー容器（図３または図４に図示せず）によって回収することができる。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、第１の種類の粉体の第１のサブ層の最上面に第２の種類の粉体の第２のサブ層を供給するステップをさらに含むことができる。図５において、第２のサブ層は、まず、第２の粉体タンク７４中の高さ調整可能なプラットフォーム７５を、図５および図６中にＣで示された第２の位置に上昇させることによって供給することが可能となる。そうすることによって、第２の粉体タンク中７４中の粉体の所定量を、粉体タンク７４の最上部位置７９より上に持ち上げることができる。この所定量は、粉体分配器２８を使って第２の粉体タンク７４から構築チャンバ１０に移送することが可能である。ワークテーブル２は、Ｂで示された位置、すなわち、図４で第１のサブ層がワークテーブルの上に分配されたときと同じ位置に設定すればよい。図６には、粉体分配器が、第２の種類の粉体を第２の粉体タンク７４から構築チャンバ１０中の第１のサブ層の上に分配している時点が表されている。第２の粉体タンク７４から第２の種類の粉体を分配する際に、構築チャンバ１０の左端を通過した一切のオーバーフロー材料は、第１のオーバーフロー容器（図３または図４に図示せず）によって回収することができる。

引き続きこの例示的実施形態を参照すると、本方法は、３次元物品の第１の断面構成を形成するため、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって、第１および第２のサブ層を同時に融合するステップをさらに含むことが可能である。第１の粉体層を形成する第１および第２のサブ層は、３次元物品の第１の断面構成を形成するために融合される。また、一切の下層の既に融合された３次元物品の断面構成も少なくとも部分的に再融合され、Ｎ−１の数を有する既に融合された断面構成を持つ３次元物品のＮ番目の断面構成を表す融合粉体層の結合形成が得られ、このＮは２より大きな整数である。

図７は、第１の粉体層の第１の粉体特性を有する第１のサブ層を概略図で表す。この第１の粉体特性は、例えば第１の粒度分布であってよい。第１のサブ層には、第２のサブ層よりも大きな粒子サイズを有する粒度分布を用いることができる。第１のサブ層は、５０〜１００μｍの粒度分布を有すればよい。粒子サイズは正規分布曲線に従って分布させることができる。第１のサブ層は、第１の種類の最大の粒子よりも薄くすることはできない、すなわち、前述の粒度分布が５０〜１００μｍである特定の場合には、第１のサブ層は１００μｍより薄くすることはできない。

図８は、第１の粉体層を形成する第１および第２のサブ層を概略図で表し、これら第１および第２のサブ層は相異なる粒度分布を有する。図８において、第２のサブ層は、第１のサブ層の最上面に供給されている。第２のサブ層には、第１のサブ層とは異なる粒度分布を持たせることができる。或る例示的実施形態において、第２のサブ層は、第１のサブ層よりも小さな粒度分布を有する。粒度分布の或る例示的実施形態は２０〜４５μｍで、これは、第１のサブ層の第１の粒度分布の粒子サイズとはオーバーラップしない第２のサブ層の第２の粒度分布をもたらすことになる。別の実施形態において、第２の粒度分布を２５〜５５μｍとする、すなわち、第１の粒度分布の粒子サイズとわずかにオーバーラップするようにすることができる。

さらに別の例示的実施形態では、第１の粒度分布は７０〜１００μｍであってよく、第２の粒度分布は２０〜４０μｍであってよい。まだ別の例示的実施形態では、第１の粒度分布は８０〜１１０μｍであってよく、第２の粒度分布は２０〜３０μｍであってよい。さらに別の例示的実施形態では、第１の粒度分布は９０〜１５０μｍであってよく、第２の粒度分布は２５〜３０μｍであってよい。

さらに別の例示的実施形態において、第１の粒度分布中の最小の粒子は、第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも３倍の大きさである。

さらに別の例示的実施形態では、第１の粒度分布中の最小の粒子は、第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも５倍の大きさである。

さらに別の例示的実施形態では、第１の粒度分布中の最小の粒子は、第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも７倍の大きさである。

第１のサブ層中のより大きな粒子と比べて、第２のサブ層中の小さな粒子は、第１のサブ層の隙間の中に落ち込むことになり、したがって、第１および第２のサブ層で構成される比較的に緻密な第１の粉体層を生成する。第１の例示的実施形態において、ワークテーブル２は、第１のサブ層および第２のサブ層を給配するとき同じ位置にすることができる。すなわち、最終的な第１の粉体層の厚さは、第１のサブ層を給配するときのワークテーブル２の位置によって既に設定され、第２のサブ層が第１のサブ層の最上面に供給されるまでその位置に固定される。

別の実施形態において、ワークテーブル２は、第１のサブ層を給配するときは第１の位置にされ、第２のサブ層を給配するときは第２の位置にされ、第１の位置は第２の位置よりも高い。

図７および図８は、第１の粉体層を形成するために２つだけのサブ層が使われる場合の例示的実施形態を表す。当然のことながら、第１の粉体層を形成するために、Ｎ≧２のＮより大きな任意の数のサブ層が使用可能である。

第２のサブ層の粒子サイズは、正規分布曲線に従って分布させればよい。

図９および図１０は、粉体の単一層の形成のための粉体給配の方法の別の例示的実施形態を概略図で表す。

構築チャンバ１０中のワークテーブル２上の第１の粉体層は、過大厚さに形成された第１ステップにある。すなわち第１の粉体層の望まれる厚さは、この第１の粉体層の実際の厚さより薄い。このため、実際の厚さを望まれる厚さに合わせるために、既存の第１の粉体層から所定量の粉体を除去する必要がある。

図９において、過大厚さの第１の粉体層は、ワークテーブル２の第１の位置Ｂで示されている。第１の粉体層の望まれる厚さは、ワークテーブル２の第２の位置Ｂ’で示されており、第２の位置Ｂ’は、第１の位置Ｂよりも構築チャンバ１０の最上部位置１９に近い。

ワークテーブルを、Ｂで示された位置からＢ’で示された位置に上昇させると、粉体の所定量が、構築チャンバ１０の最上部位置１９の上に持ち上げられる。図１０では、構築チャンバ１０の最上部位置１９の上に持ち上げられた粉体の所定量が、粉体分配器２８によって掻き取られ、望まれる厚さに相当する第１の粉体層がワークテーブル２上に残されている。最初に過剰な厚さの粉体層を供給し、その後で所定の厚さをすり取る効果は、得られる第１の粉体層が、粉体タンクから粉体が移送されワークテーブルの最上面に粉体が分配されたままの場合と比べて、より緻密にできることである。このことは、所定の厚さにすり取るときの粉体の連続的な余剰によって説明することができる。また、所定の層厚をすり取るときに、粉体タンクからワークテーブルに粉体を移送するときとは別の設計の粉体分配器を用いることもできる。第１の粉体層から粉体の所定厚さをすり取りために、別の粉体分配器すなわち第２の物理的に別個の粉体分配器を使うことが可能である。別の実施形態では、粉体タンク６４、７４からワークテーブル２に粉体を移送するために同じ粉体分配器が使われる場合と比べ、単一の粉体分配器を使い、構築チャンバ１０中の粉体層をすり取る際に、これを回転または傾斜させもしくは物理的のその形状を変化させることもできる。

第１の粉体層は、単一の種類の粉体で構成することも可能である。この場合、図９および図１０において、同じ種類の粉体を第１の粉体タンク６４および第２の粉体タンク７４に供給すればよい。過剰層をすり取るとき、余剰粉体はこれら粉体タンクの１つに回収すればよく、すなわち、別個のオーバーフロー容器は一切なくすことができる。別の実施形態では、構築チャンバ１０ですり取られた過剰粉体の回収のために１つまたは２つの別個のオーバーフロー容器を用いることも可能である。

別の実施形態において、第１の粉体層は、少なくとも２つの種類の粉体で構成することができる。図２〜図８に関連して開示された内容に応じて、例えば、第１の粉体は第１の粒度分布を有することが可能で、第２の種類は第２の粒度分布を有することが可能である。

第１の粉体層は、望まれる厚さに対して過大な厚さに給配される、すなわち、望まれる厚さに達するために第１の粉体層から粉体の所定量を除去する必要がある。第１の例示的実施形態において、第２のサブ層は、第１の粉体層の望まれる厚さに達するために除去が必要な厚さよりも大きな厚さを有する。或る例示的実施形態では、第２のサブ層は除去の必要な厚さの２倍厚い。さらに別の例示的実施形態において、第２のサブ層は、２０〜４５μｍの粒度分布から成り、第１の粉体層のすなわち第２のサブ層の最上面から４５μｍの厚さが除去される前には９０μｍの厚さを有する。まだ別の例示的実施形態において、第２のサブ層は、最初にその粒度分布中の最大の粉体粒子の少なくとも２倍の厚さに給配される。次いで、第２のサブ層の所定厚さが除去され、その厚さは少なくとも第２の粒度分布中の最大の粒子の大きさである。

粉体タンク６４，７４から構築チャンバ１０に掻き出された粉体は、構築チャンバ１０内のワークテーブル２の最上面に平坦に分配される。この平坦な分配は、粉体レーキ２８を使って遂行されるが、また、別のレーキもしくは振動または揺動メカニズムなど別の分配デバイスを使って遂行することも可能である。

３次元物品の第１の層は、所定の位置のワークテーブル上に供給された粉体の層を融合することによって形成することができる。

ワークテーブル上の既に給配された粉体層の上にさらなる粉体材料の層の供給を可能にするために、ワークテーブルを所定の距離だけ降下させることができる。新しい粉体材料を粉体ホッパから構築チャンバに掻き出すステップ、粉体をワークテーブル上に分配するステップ、所定の位置で粉体層を融合するステップ、およびワークテーブルを降下させるステップは、３次元物品が仕上がるまで繰り返される。

図１１は、単一粉体層を形成するため、相異なる種類の粉体を分配するための装置の第３の例示的実施形態を概略図で表す。

図１１中の概略的な実施形態は、第１の粉体ホッパ６４と、第２の粉体ホッパ７４と、粉体分配器２８と、粉体テーブル４０と、構築チャンバ１０と、構築プラットフォーム２と、オーバーフロー容器５０とを含む。粉体層を融合するためのエネルギビーム（群）およびエネルギビーム源（群）と、ビーム屈折メカニズムとは簡潔さのためだけに省略されている。

第１の粉体タンク６４には第１の種類の粉体６７、例えば第１の粒度分布を有する粉体を供給すればよい。第２の粉体タンク７４には第２の種類の粉体７７、例えば第２の粒度分布を有する粉体を供給すればよい。第１および第２の粒度分布は相互にオーバーラップする粒子サイズを有してもよいが、別の実施形態では、第１および第２の粒度分布は相互にオーバーラップしなくてよい。

第１の種類の粉体６７の第１のサブ層は、粉体分配器２８を使って、第１の種類の粉体６７の所定量をワークテーブル２上に分配することによって形成することが可能である。この粉体の所定量は、第１の粉体タンク６４中の床６５の高さを増すことによって生成される。粉体分配器２８は、第１の粉体タンク６４の最上部位置６９を越えて持ち上げられた粉体の所定量を、粉体タンクから構築チャンバ１０に掻き出すことができる。

第２の種類の粉体７７の第２のサブ層は、粉体分配器２８によって、第２の種類の粉体７７の所定量を第１のサブ層の上に分配することによって形成することが可能である。この粉体の所定量は、第２の粉体タンク７４中の床７５の高さを増すことによって生成される。粉体分配器２８は、第２の粉体タンク７４の最上部位置７９を越えて持ち上げられた粉体の所定量を、粉体タンクから構築チャンバ１０に掻き出すことができる。

第１の種類の粉体６７は、第２の種類の粉体７７よりも大きな粒度分布を有するとよい。図１１中で、第２の種類の粉体６７は、構築チャンバ１０中のワークテーブル２上に分配される前に、第２の粉体タンク７４中の第２の種類の粉体７７の上を通り過ぎて移送される。

第１および／または第２の種類の粉体６７、７７の一切のオーバーフローは、オーバーフロー容器５０によって回収が可能である。３次元物品の構築の終了後、オーバーフロー容器５０中の粉体のオーバーフローは、第１の粉体分布を有する第１の種類の粉体と、第２の粉体分布を有する第２の種類の粉体とに分離すればよい。

図１１において、第１の粉体タンク６４および第２の粉体タンク７４は、構築チャンバ１０の一方の側に設けられる。図１１中に示す例示的実施形態では、第１および第２の粉体タンクは、構築チャンバ１０の左側に配置されている。別の実施形態において、第１の粉体タンク６４および第２の粉体タンク７４は、構築チャンバ１０の右側に配置されてもよい。オーバーフロー容器は、構築チャンバ１０の第１および第２の粉体タンクとは反対側に配置されてもよく、すなわち、図１１におけるように第１および第２の粉体タンクが構築チャンバの左側に設けられている場合は、オーバーフロー容器は構築チャンバ１０の右側に設けられる。その反対、すなわち、粉体タンクの第１および第２６４、７４を構築チャンバ１０の右側に、オーバーフロー容器５０を該チャンバの左側にすることも可能である。

第１および第２のサブ層は、第１の粉体層を形成することができる。第１および第２のサブ層は、３次元物品の第１の断面構成を形成するために同時に融合することが可能である。完成した３次元物品は、そのすべての断面構成に対して分配ステップと融合ステップとを繰り返すことによって造形される。第１の粉体層の厚さは、ワークプレートの最上部表面（または、３次元物品の前回に部分的に融合された断面構成の最上部表面）と構築チャンバ１０の最上部１９との距離によって決めることができる。

本発明の或る例示的実施形態において、構築チャンバ中のワークテーブル上に供給される少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を介して３次元物品を成形する方法が提供され、これらの部分は、３次元物品の連続的な断面構成に対応する。本方法は、少なくとも第１の粉体タンクおよび少なくとも第２の粉体タンクを設けるステップと、第１の粉体タンク中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、第２の粉体タンク中に第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、該第２の種類の粉体を供給ステップと、３次元物品の前回に融合された断面構成の最上面に第２の種類の粉体の第１の層を供給するステップと、粉体の第１の層を焼結するステップと、焼結された第２の種類の粉体の最上面に第１の種類の粉体の第２の層を供給するステップと、３次元物品の断面構成を形成するために第１および第２の層を同時に融合するステップと、を含んでよい。

この第１の層は、前回に融解された断面構成中の一切の不均一さを平坦化するために供給される。第２の種類の粉体は、第２の層に比べて相対的に薄い層で供給される。断面構成は、これら第１および第２の層の和から構築される。第１の層は、薄い第１の層によって効率的に一切の不均一部を充填するために、相対的に小さな粒度分布を有するとよい。或る例示実施形において、第１の層は第２の層よりも薄い。別の例示的実施形態では、第１の層は第２の層の厚さの半分よりも薄い。さらに別の例示的実施形態では、第１の層は第２の層の厚さの１／３よりも薄い。

焼結される粉体は、融解はしないが粉体粒子を一緒に付着させるように加熱される。焼結された粒子は、振動および／または衝撃技法を使って相互から解離が可能なほどに互いに緩やかに結合される。

当然のことながら、本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲内で多くの修改が可能である。かかる修改には、例えば、レーザビームなど例示された電子ビームとは異なるエネルギビーム源の使用も含まれよう。前述に加えてまたは別途に、限定されない例としてポリマーの粉体またはセラミックスの粉体など、金属粉体と違った材料を用いることも可能である。

Claims (35)

1. 構築チャンバ中のワークテーブル上に供給される少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を通して３次元物品を成形する方法であって、これらの部分は、前記３次元物品の連続的な断面構成に対応し、前記方法は、
   少なくとも第１の粉体タンクおよび少なくとも第２の粉体タンクを設けるステップと、
   前記第１の粉体タンク中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、
   前記第２の粉体タンク中に前記第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、前記第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは前記第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、ステップと、
   前記ワークテーブル上に前記第１の種類の粉体の第１のサブ層を分配するステップと、
   前記第１の種類の粉体の前記第１のサブ層の最上部上に前記第２の種類の粉体の第２のサブ層を分配するステップであって、前記第１および第２のサブ層は前記少なくとも１つの粉体層の１つを形成する、ステップと、
   前記３次元物品の第１の断面構成を形成するように、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって前記第１および第２のサブ層を融合するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記第１の粒度分布は、前記第２の粒度分布を有する粒子サイズとはオーバーラップしない、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の粒度分布は、前記第２の粒度分布を有する粒子サイズと部分的にオーバーラップする、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の粒度分布は約７５〜１０５μｍの範囲内にあり、前記第２の粒度分布は約２５〜４５μｍの範囲内にある、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の粒度分布中の最小の粒子は、前記第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも３倍の大きさである、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１の種類の粉体を受容するように構成された第１のオーバーフロー容器を設けるステップと、
   前記第２の種類の粉体を受容するように構成された第２のオーバーフロー容器を設けるステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のオーバーフロー容器は前記構築チャンバの第１の側に設けられ、
   前記第２のオーバーフロー容器は前記構築チャンバの第２の側に設けられ、
   前記第１の粉体タンクは前記構築チャンバの前記第２の側に設けられ、
   前記第２の粉体タンクは前記構築チャンバの前記第１の側に設けられ、
   前記第１の側と第２の側とは相互に反対側である、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記第１および第２の粉体タンクは前記構築チャンバの第１の側に設けられ、
   前記第１のオーバーフロー容器は前記構築チャンバの第２の側に設けられ、
   前記第１の側と第２の側とは相互に反対側である、
   請求項６に記載の方法。
9. 前記第１および第２のサブ層を給配するとき、前記ワークテーブルは同じ位置にある、請求項１に記載の方法。
10. 前記ワークテーブルは、前記第１のサブ層を給配するとき前記構築チャンバの最上部から第１の距離の第１の位置にあり、前記第２のサブ層を給配するとき前記構築チャンバの前記最上部から第２の距離の第２の位置にあり、前記第１の距離は前記第２の距離よりも小さい、請求項１に記載の方法。
11. 前記粉体層の厚さの一部が前記構築チャンバの前記最上部を上回る第３の位置に前記ワークテーブルを位置付けるステップと、
    前記融合するステップの前に、前記粉体層の前記厚さの前記部分を除去するステップと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ワークテーブルの前記第３の位置は、前記ワークテーブルの前記第１の位置と第２の位置との間にある、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ワークテーブルならびに前記第１および第２の粉体タンクは、収容用チャンバ中に設けられる、請求項１に記載の方法。
14. 前記収容用チャンバは真空チャンバである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記高エネルギビーム源は、電子ビームまたはレーザビームのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
16. 前記第１のサブ層を分配するための第１の粉体分配器を設けるステップと、
    前記第２のサブ層を分配するための第２の粉体分配器を設けるステップと、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記第１および第２の粉体分配器は、２つの物理的に別個の粉体分配器である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１および第２の粉体分配器は、形状を変化するように構成された単一の粉体分配器である、請求項１６に記載の方法。
19. 粉体の前記除去は、前記第１または前記第２のサブ層を供給するために使われる前記粉体分配器とは異なる粉体分配器を使って実施される、請求項１６に記載の方法。
20. 粉体の除去のための前記粉体分配器は、前記第１および第２の粉体分配器とは物理的に別個の粉体分配器である、請求項１９に記載の方法。
21. 粉体の除去のための前記粉体分配器は、前記第１および第２の粉体分配器と同じ粉体分配器上に設けられる、請求項１９に記載の方法。
22. 構築チャンバ中のワークテーブル上に供給される粉体床の少なくとも１つの層の部分の連続的な融合を通して３次元物品を成形する方法であって、これらの部分は、前記３次元物品の連続的な断面構成に対応し、前記方法は、
    少なくとも第１の粉体タンクを設けるステップと、
    前記構築チャンバの最上部まで第１の距離にある第１の位置に前記ワークテーブルを位置付けるステップと、
    第１の厚さを有する粉体の第１の層を前記ワークテーブル上に分配するステップと、
    前記構築チャンバの前記最上部から第２の距離にある第２の位置に前記ワークテーブルを位置付けるステップであって、前記第２の距離は前記第１の距離よりも小さく、前記粉体層の前記第１の厚さの一部は前記構築チャンバの前記最上部より上にある、ステップと、
    前記ワークテーブル上の前記粉体層の前記第１の厚さの一部を除去して、第２の厚さを有する前記第１の粉体層を得るステップであって、前記第２の厚さは前記第１の厚さより小さい、ステップと、
    前記３次元物品の第１の断面構成を形成するように、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって前記第２の厚さを有する前記第１の層を融合するステップと、
    を含む、方法。
23. 前記第１の粉体タンク中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップと、
    第２の粉体タンクを設けるステップと、
    前記第２の粉体タンク中に前記第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、前記第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは前記第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、ステップと、
    前記ワークテーブル上に前記第１の種類の粉体の第１のサブ層を分配するステップと、
    前記第１のサブ層の最上部上に前記第２の種類の粉体の第２のサブ層を分配するステップであって、前記第１および第２のサブ層は前記粉体床の前記第１の層を形成する、ステップと、
    前記３次元物品の第１の断面構成を形成するように、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって前記第１および第２のサブ層を融合するステップと、
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ワークテーブル上の前記第１のサブ層の前記厚さの一部を除去した後、前記第２のサブ層が供給される、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１および第２のサブ層を同時に融合する前に、前記ワークテーブル上の前記第２のサブ層の前記厚さの一部は除去される、請求項２３に記載の方法。
26. 前記第１の粒度分布中の最小の粒子は、前記第２の粒度分布中の最大の粒子の少なくとも３倍の大きさである、請求項２２に記載の方法。
27. 前記第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは、前記第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、請求項２２に記載の方法。
28. 前記第１のサブ層を供給するための第１の粉体分配器を設けるステップと、
    前記第２のサブ層を供給するための第２の粉体分配器を設けるステップと、
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
29. 前記ワークテーブル上に前記第１の種類の粉体の前記第１のサブ層を分配する前記ステップは、前記第１の粉体タンクの第１の床を所定の距離だけ上昇させるステップを含み、
    前記第１の種類の粉体の前記第１のサブ層の最上部上に前記第２の種類の粉体の前記第２のサブ層を分配する前記ステップは、前記第２の粉体タンクの第２の床を所定の距離だけ上昇させるステップを含む、
    請求項１に記載の方法。
30. 前記第１の床を上昇させる前記ステップは、対応する前記第１の種類の粉体厚さを前記第１の粉体タンクの最上部より上に上昇させ、
    前記第２の床を上昇させる前記ステップは、対応する前記第２の種類の粉体厚さを前記第２の粉体タンクの最上部より上に上昇させ、
    前記方法は、前記第１および前記第２の種類の粉体の前記対応する厚さを、前記第１および第２の粉体タンクの最上部から前記ワークテーブルの上に掻き出すステップをさらに含む、
    請求項２９に記載の方法。
31. 前記第１および第２のサブ層を分配する前に、前記３次元物品の前回に融合された断面構成の最上部上に第１の粉体層を供給するステップさらに含む、請求項１に記載の方法。
32. 前記第１の層中の前記粉体は前記第２の種類である、請求項３１に記載の方法。
33. 前記第１および第２のサブ層を分配する前に、前記第１の層中の前記粉体は焼結される、請求項３１に記載の方法。
34. 前記第１の層は、前記第１および第２のサブ層の和よりも薄い、請求項３１に記載の方法。
35. 前記第１の粉体層は、前記第１および第２のサブ層の和の厚さの半分よりも小さい、請求項３１に記載の方法。

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