JP2018024242A

JP2018024242A - 積層造形法により製造された部品の検査のための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2018024242A
Application number: JP2017141400A
Authority: JP
Inventors: イーシャン・デーガニリ; Dehghanniri Ehsan; カーティス・ウェイン・ローズ; Wayne Rose Curtis; エリック・エイカー・マッコーネル; Eicher Mcconnell Eric
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2018-02-15
Also published as: EP3282252A1; US20180036964A1

Abstract

【課題】３Ｄ製造部品（１４０）および３Ｄ製造装置（１００）の動作性能の検査および評価のための方法（９００）を提供する。【解決手段】本方法（９００）は、少なくとも１つの構造体（１４０）または部品が３Ｄ製造装置によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を取得するステップ（９２０）を含む。評価ステップ（９３０）は、プロセッサによって電磁的走査を評価する。判定するステップ（９５０）は、評価するステップに基づいて、３Ｄ製造装置による動作上の欠陥が生じたか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、積層造形法により製造された部品の検査のための方法およびシステムに関する。

積層造形法は、構造のデジタルモデルに基づいて、通常は一連の層に３次元構造が構築されるプロセスである。このプロセスは、３次元（３Ｄ）印刷または３Ｄラピッドプロトタイピングと呼ばれることもあり、この技術のいくつかの例は、エネルギー源による焼結または溶融／融着に依存しているにもかかわらず、「印刷」という用語がしばしば用いられるが、伝統的な意味での「印刷」ではなく、選択された場所に材料が堆積される技術である。積層造形技術の例としては、粉末ベッド溶融、溶融堆積モデリング、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、積層対象物製造、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、ステレオリソグラフィなどが挙げられる。３Ｄ印刷技術は継続的に開発されているが、層ごとに構造を構築するプロセスは比較的遅く、いくつかの構築は完了するまでに数日間かかる。

現在の積層造形プロセスの欠点の１つは、品質保証に関する。通常、製造された部品が製造しきい値および設計基準を満たすかどうかを判定するためのいくらかの量の解析がある。いくつかの例では、光学走査などの非破壊技術を使用して部品を評価して、部品が設計しきい値を満たすことを保証することができる。しかし、他の場合には、特定のロットの製品またはサンプリングが設計限界を満たしているかどうかを試験するために、部品を解体しなければならない場合がある。これは、例えば、後に製造ロットが機械加工または設計上の問題により欠陥があると判定された場合には、かなり非効率的になることがある。

上記の問題を緩和するためのいくつかの試みがなされている。一例では、選択的レーザ焼結のために、カメラによって画像を取得して、大きな特徴に対する製造プロセスの粗い推定を提供する。視覚的に検出可能な特徴を利用して、部品が故障したかどうかを判定する。しかしながら、そのようなシステムは、故障の根本原因の解析を判定することができないか、または水面下の欠陥を検出することができない。水面下の欠陥は、部品の空隙率が所望のレベルを上回っている場合、または現在の表面層が溶融されているが表面下の部分が適切に溶融していない場合に起こり得る。

米国特許出願公開第２０１６／０１５８８８９号明細書

構築プロセスが計画通りに進んでいることを保証することは、時間と材料の両方において費やされるリソースを考慮すると、重要であり得る。本明細書で説明される態様によれば、３Ｄ製造部品および３Ｄ製造装置の動作性能の検査および評価のための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの構造体または部品が３Ｄ製造装置によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、少なくとも１つの構造体が構築された構築プラットフォームの領域の電磁的走査を取得するステップを含む。評価するステップは、プロセッサによって電磁的走査を評価する。判定するステップは、評価するステップに基づいて、３Ｄ製造装置による動作上の欠陥が生じたか否かを判定する。

さらに、３Ｄ製造装置の動作性能を評価するためのシステムは、メモリと、メモリと通信するプロセッサと、を含む。システムは、以下のステップを実行するように構成される。取得するステップは、少なくとも１つの構造体が３Ｄ製造装置によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、少なくとも１つの構造体が構築された構築プラットフォームの領域の電磁的走査をスキャナにより取得する。電磁的走査は、少なくとも１つの構造体が構築された構築プラットフォームの領域の渦電流走査、交流場測定（ＡＣＦＭ）走査、漏洩磁束（ＭＦＬ）走査、および電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査のうちの少なくとも２つを含む。組み合わせるステップは、融合データ走査を取得するために取得した走査を組み合わせる。評価するステップは、プロセッサによって融合データ走査を評価する。判定するステップは、評価するステップに基づいて、３Ｄ製造装置による動作上の欠陥が生じたか否か、または構造体内で物理的な欠陥が生じたか否かを判定する。

さらに、３Ｄ製造装置の動作性能を評価するためのコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、プロセッサによって読み取り可能であって、方法を実行するためにプロセッサによって実行される命令を格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。本方法は、少なくとも１つの構造体が３Ｄ製造装置によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、少なくとも１つの構造体が構築された構築プラットフォームの領域の電磁的走査を取得する、取得するステップを含む。電磁的走査は、少なくとも１つの構造体が構築された構築プラットフォームの領域の渦電流走査、交流場測定（ＡＣＦＭ）走査、漏洩磁束（ＭＦＬ）走査、および電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査のうちの少なくとも２つを含む。組み合わせるステップは、融合データ走査を取得するために取得した走査を組み合わせる。評価するステップは、プロセッサによって融合データ走査を評価する。判定するステップは、評価するステップに基づいて、３Ｄ製造装置による動作上の欠陥が生じたか否か、または構造体内に欠陥が生じたか否かを判定する。

さらなる特徴および利点は、本発明の態様の概念によって実現される。本発明の他の実施形態および態様は、本明細書に詳細に記載され、請求項に係る発明の一部とみなされる。

本発明の１つまたは複数の態様は、明細書の末尾の特許請求の範囲において特に指摘され明確に実施例として請求される。本発明の前述その他の目的、特徴、ならびに利点は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかである。

本明細書に記載の態様による積層造形装置の断面図である。本明細書に記載の態様による積層造形装置の電磁的スキャナの底面斜視図である。本明細書に記載の態様による積層造形装置のスキャナの底面斜視図である。本明細書に記載の態様による積層造形装置のスキャナの底面斜視図である。本明細書に記載の態様による積層造形装置の電磁的スキャナの断面図である。試験構造体／部品の上面図である。試験構造体／部品の抵抗プロットを示す図である。試験構造体／部品の誘導性リアクタンスのプロットを示す図である。本明細書に記載の態様による、データ処理および走査方法のフローチャートである。本明細書に記載の態様による、図９に示すデータ処理および融合ステップのフローチャートである。本明細書に記載の態様による、制御システムおよび３Ｄ印刷装置の模式図である。本明細書に記載の１つまたは複数の態様を組み込んで使用するデータ処理システムの一例を示す図である。本明細書に記載の１つまたは複数の態様を組み込むためのコンピュータプログラム製品の一例を示す図である。既知の欠陥を有する較正ブロックの簡略図である。

「積層造形装置」という語句は、本明細書では「印刷装置」および「プリンタ」という用語と交換可能に使用され、「印刷する」という用語は、本明細書では「構築する」という語と交換可能に使用され、構造体を形成するために使用される特定の積層造形技術にかかわらず、積層造形装置によって構造体を構築する動作を指す。本明細書で使用する印刷および印刷することは、様々な形態の積層造形法を指し、３次元（３Ｄ）印刷または３Ｄラピッドプロトタイピング、ならびに焼結または溶融／融着技術を含む。積層造形技術または印刷技術の例としては、粉末ベッド溶融、溶融堆積モデリング、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、積層対象物製造、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、ステレオリソグラフィなどが挙げられる。

計画通りに構築プロセスが進行していることの保証は、コストと品質上の理由から重要である。１つまたは複数の３次元構造を構築するための構築サイクルの終わりに、積層造形装置のオペレータは、構築サイクル中の積層造形装置の不具合のために、その部品が欠陥または使用不能であることを見つける場合がある。これは、複雑な形状を有する鋳造構造体の金型などの高価な部品を製造する場合に特に問題となり得る。

電磁的走査システムおよび方法が本明細書に開示され、それは積層造形装置によって構築される１つまたは複数の対象物の層の構築を監視するために使用することができ、一実施形態では、それらが発生したとき、すなわち、後ではなく構築プロセス中に、動作上の欠陥を検出する。さらなる実施形態では、構築プロセス中に取得された走査の評価／分析は、（走査されたデータのリアルタイム取得の一部ではなく）後処理の一部として実行される。本明細書で使用されるリアルタイム取得とは、構造体が構築（「印刷」）されているときの構造体の個々の層の走査を指す。リアルタイム解析は、様々な層の取得された走査の評価を指す。

動作上の欠陥としては、例えば、構造体、構築プロセス、または積層造形装置のエラー、あるいは１つまたは複数のエラーが構造体、構築プロセス、または積層造形装置で発生する可能性があるというインジケータ、あるいは融着不足、空隙、またはミクロ／マクロ亀裂を挙げることができる。いくつかの実施形態では、動作上の欠陥が発生したことを観察することに応答して動作を行うことができる。例えば、欠陥が修正され、構築プロセスが停止され、問題が修正され、新しい構築が開始されるなどの修復措置をとることができる。

積層造形装置の潜在的な動作上の欠陥および／または１つもしくは複数の印刷された層のエラーを検出して反応するために、完了まで数時間または数日かかる構築プロセスを電磁的に観察する能力が提供される。失敗した構築が完了する前に停止するように、構築プロセスの早期に、または動作上の欠陥が生じる前に、動作上の欠陥をオペレータに通知する能力も提供される。そうでない場合（すなわち、失敗した構築プロセスが完了した後にのみ障害が発見された場合）よりも、新しい構築をより早く開始することができる。製造資源の観点から、無駄な材料の使用と無駄な構築時間が削減される。さらに、以下で説明するように、構築プロセス全体を停止するのではなく、欠陥または望ましくない特徴を示す個々の部品の印刷を停止して、構築中のすべての構造体でエラーが発生するおそれのある欠陥／特徴によって構築が失敗しないようにすることができる。問題となっている個々の部品の構築を停止することにより、製造歩留まりと機械稼働時間を最大化することができる。

本明細書に記載の構築プロセスの監視中に観察され得るいくつかの問題には、寸法誤差、歪み、融着不足、空隙、印刷構造体内のミクロ亀裂またはマクロ亀裂、印刷装置のローラー／平坦化器または他の部品の誤動作、劣悪な層の表面仕上げ、構造体の層間剥離、誤配置、構築材料の過剰または不在、あるいは任意の他の積層造形法のエラーが含まれるがこれらに限定されない。一般に、監視は、例えば、構築される部品の障害を引き起こす可能性があるか、または積層造形装置が故障したか、故障する寸前であるか、保守が必要であるかを示すことができる何かを監視することができる。

本明細書に記載の態様による例示的な積層造形装置および関連するプロセスは、図１〜図４を参照して、印刷される部品の文脈で提示される。この実施例における部品は、印刷された金属または強磁性材料から構築されるが、他の材料も可能である。

一例では、印刷装置は、構造体を層状に印刷する。第１の層では、リコートブレードが構築プラットフォームを横切って移動し、粉末が構築プラットフォーム上に所望の厚さで押し出される。次いで、適切な波長を有する光源（またはレーザ）が、印刷される部分の上を通過し、それにより、それを所定位置に融着させる。この層が完成した後、構築プラットフォームは構築の層の厚さに等しい距離だけ下降し（これは通常システムのオペレータによって予め決定される）、新しい粉末ストックプラットフォームが所定量だけ上昇する。次に、リコートブレードが構築プラットフォームを横切って移動し、より多くの粉末が構築プラットフォーム上に押し出される。光源は選択された領域を通過して部品の次の層を融着し、このサイクルは部品が完成するまで続く。

上記プロセスにおける１つの潜在的な課題は、印刷された構造体における欠陥である。印刷にエラー、例えば、融着不足、空隙、亀裂などがある場合には、印刷された構造体が下流の用途で意図したとおりに機能しない場合がある。いくつかの例を挙げると、融着不足または空隙は、不十分なレーザ出力、あまりにも速いレーザ速度、またはあまりにも厚い再コーティング粉末層の結果であり得る。これらの欠陥は部品層の表面の下にある可能性があるので、融着不足または空隙を肉眼で見ることは困難であるかまたは不可能である。しかしながら、これらの欠陥によって、部品が設計仕様に合わなくなり、生産歩留まりおよび製造時間（クリーンアップ、再充填など）の著しい損失が生じるおそれがある。上記の問題および他の問題は、高価な部品に欠陥を引き起こすなど、製造コストが非常に高くなる可能性がある製造上の欠陥につながる可能性がある。

本明細書で説明される態様によれば、構造体を構築するための積層造形プロセス中の構築品質および機械の健全性を監視するために走査システムが利用され、構築される構造の品質および積層造形装置の健全性を評価できるようになる。監視および解析の態様は、例えば構築プロセス中に、リアルタイムで実行することができる。いくつかの実施形態では、監視は、構築プロセス中に構築の電磁的走査を取得すること（構築プロセスの画像のリアルタイム収集）を含む。電磁的試験は、試験対象物内に電流または磁界またはその両方を誘導するプロセスとして定義される。しかしながら、いくつかの電磁的装置は、試験対象物内に超音波を誘導するものもある。電磁的試験または走査としては、例えば、層が構築されているときに構造体の個々の層を含む、構築プラットフォームの領域の走査、１つまたは複数の積層造形装置の部品の走査などが挙げられる。その後、走査データを評価することによって、部品の品質および機械の健全性の評価を行うことができる。例えば、走査データを評価して、印刷されている構造体の特性（寸法、テクスチャ、組成など）を確認し、これらをその構造体のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）仕様などの「黄金基準」と比較することができる。ＣＡＤ仕様は、積層造形装置が構造体を構築する際に使用する仕様であってもよい。比較は、可能性のある歪み、偏差または他の欠陥を識別するために、構造体がＣＡＤ仕様と一貫して構築されているかどうかを評価することができる。

構築品質は機械および材料の性能に依存するので、走査の評価は、融着不足、空隙またはミクロ／マクロ亀裂または欠陥を示す他の項目などの、積層造形装置の問題を示唆するデータの特徴をさらに識別することができる。したがって、データは、構造体が印刷されるときに構築されている構造体におけるエラーを検出し、構造体に部品の「健全性」スコアを割り当てるだけでなく、積層造形装置の健全性を監視して、機械の保守または調整が必要となる時期を示し、その保守／調整に必要なものを特定するために評価することができる。いくつかの例では、評価は構築プロセス中にリアルタイムで実行されるが、他の例では、評価は後で実行される。

走査データの評価が問題を明らかにすると、応答として１つまたは複数の措置をとることができ、措置の種類は異なってもよい。例えば、積層造形装置のオペレータにその問題を通知することができる。いくつかの実施形態では、欠陥が発生したことを示す、聴覚または視覚のアラームもしくはアラート、あるいは電子通信（すなわちテキストまたは電子メール）がオペレータに提供される。それに加えて、またはそれに代えて、積層造形プロセスを調整することができる。プロセスは、例えば停止することができる。これに関して、いくつかのエラーを回復することができず、オペレータの介入を可能にするために機械の停止を必要とする場合がある。しかし、いくつかの場合、例えば、部品の特定の部分または行を構築するときにのみエラーが表示されるような場合には、プロセスは変更されるが、完全に停止されることはなく、代わりに、動作上の欠陥が示されている対象物の構築をスキップして、プロセスは任意選択的に次の段階に継続される。例えば、構築プラットフォームの部品の「不良行」または問題のある領域に留意して、残りの構築を完了することができる。不良行に留意することは、部品の不良行をオペレータに通知することを含むことができる。さらなる実施形態では、動作上の欠陥の発生を認識したにもかかわらず、構築プロセスを継続することができ、そして、構築プラットフォームのかなりの領域または部品のしきい値数でエラーが発生した場合に、残りの構築を停止することができる。

構築された構造体を検出し、それらをＣＡＤモデルと比較し、構築構造体内の歪み、偏差または欠陥を特定するために、取得した走査データを評価する際に検出アルゴリズムを使用することができる。動作上の欠陥を早期に検出することで、例えば、欠陥部品に費やされる製造時間を短縮し、スクラップを削減し、原材料の使用量を削減し、積層造形装置の時間を増加させることができる。

図１は、本明細書に記載の態様による積層造形装置の一例を示す。図１に見られるように、印刷装置１００（または３Ｄ製造装置）は、レーザ１０２およびレンズ１０４を含む、粉末ベッド融着型３Ｄ印刷装置である。構築部１１０は、分配部１２０に隣接して配置される。構築部は、構築プラットフォーム１１２を含み、構築プラットフォーム１１２の上に構造体１４０（例えば、３Ｄ印刷された部品）が構築される。構築プラットフォームは、構造体１４０が構築されるにつれて構築プラットフォームを増分的に下降させるシャフトまたは支持体１１３に接続される。３Ｄ印刷の開始時に、構築プラットフォームは高い位置にあり、構造体１４０の各層が形成されるにつれて、それに応じて構築プラットフォームが下降する。構築プラットフォーム１１２または構築部１１０は、壁１１４、１１６によって側面で囲まれている（追加の壁が使用されてもよいが、図示していない）。

分配部１２０は、分配プラットフォーム１２２によって支持され、かつ壁１１６、１２３によって収容される粉末１３０の供給源を含む。分配プラットフォーム１２２は、シャフトまたは支持体１２４によって持ち上げられる。構築部１１０に新しい層の粉末が必要になると、分配プラットフォーム１２２が所定量だけ上昇し、リコートブレード１５０が粉末１３０を分配部１２０から構築部１１０の上に押し出すことができる。このようにして、粉末の新しい層が部品／構造体１４０の上に拡がり、レーザ１０２が部品／構造体１４０の次の層を融着することができる。次に、リコートブレード１５０は壁１２３の上の位置に戻り、次の層の準備が整う。

３Ｄ製造装置１００の動作性能を監視し評価するために、構造体／部品１４０を通過するたびに構造体／部品１４０を電磁的に走査するスキャナ１６０が設けられる。電磁的試験は、試験対象物内に電流または磁界またはその両方を誘導し、得られた電磁的応答を観察するプロセスとして定義される。いくつかの用途では、電磁気を用いて試験対象物内に超音波を引き起こすことができる。スキャナ１６０は、渦電流スキャナ、交流場測定（ＡＣＦＭ）スキャナ、漏洩磁束（ＭＦＬ）スキャナ、または電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）スキャナのうちの１つまたは複数を、別々の走査素子または複合マルチ機能走査アレイ／センサに含むことができる。較正ブロック１７０は、走査動作の前にスキャナ１６０を較正するために、壁１２３および／または壁１１６、１１４（図示せず）上に配置することができる。較正ブロック１７０は、印刷／構築プロセスの間に起こり得る実際の欠陥を表す孔、ノッチ、層間剥離、および空隙などの種々の既知の人工欠陥を有することができる。図１４を参照すると、様々な既知の欠陥を有する較正ブロック１７０が示されている。既知の人工欠陥は、ノッチ１４０１、孔１４０２、空隙１４０３、１４０４、層間剥離１４０５の領域、および包含物１４０６を含むことができる。

図２は、本明細書に記載の態様による積層造形装置のスキャナ１６０の底面斜視図を示す。スキャナ１６０は、走査素子１６１のアレイを含む。この例では、走査素子１６１は過渡的な構成の渦電流トランスデューサである。渦電流試験を用いて、金属または導電性構造体（例えば、部品／構造体１４０）における欠陥、表面もしくは表面下の亀裂、または空隙を検出することができる。スキャナ１６０は、リコートブレード１５０の底部に取り付けられてもよい。

図３は、本明細書に記載の態様による積層造形装置のスキャナ３６０の底面斜視図を示す。スキャナ３６０は、走査素子３６１のアレイを含む。この例では、走査素子３６１は回転構成の渦電流トランスデューサである。スキャナ３６０は、走査中に矢印３０１で示すように回転することができる。さらに、スキャナは、構築プラットフォーム１１２または構造体／部品１４０に対して上昇および下降する回転可能な支持体３６２に取り付けられてもよい。あるいは、シャフト１１３がプラットフォーム１１２を回転させるように構成されている場合には、部品１４０を回転させることができる。

図４は、本明細書に記載の態様による積層造形装置のスキャナ４６０の底面斜視図を示す。スキャナ４６０は、走査素子４６１のアレイを含む。この例では、走査素子４６１は領域構成の渦電流トランスデューサである。スキャナ４６０は、構築プラットフォーム１１２または構造体／部品１４０に対して上昇および下降する支持体（図示せず）に取り付けられてもよく、またはスキャナがリコートブレード１５０の底部に取り付けられてもよい。

渦電流走査では、コイルの抵抗およびリアクタンスの測定値を取得してプロットすることができる。算出された位相および振幅の値は、データ処理段階において貴重な情報となり得る。較正ブロック１７０は、各層を検査する前にシステムを較正するために、粉末の再分配の前（または後）に使用することができる。このデータは、撮像（走査画像）、材料評価および融着特性の検査、ならびに融着不足、空隙およびミクロ／マクロ亀裂を含む表面および表面下の欠陥の検出に使用することができる。この情報は、後続の層再構成に使用して、層形成プロセスを修正するためにレーザまたは機械特性を変更および制御することができる。

部品／構造体１４０の層ごとの検査には、交流場測定（ＡＣＦＭ）および漏洩磁束試験（ＭＦＬ）を使用することができる。ＡＣＦＭプローブは、部品１４０の表面上の領域に均一な交流を誘起させ、層表面付近の結果として生じる電流の磁界を検出する。その領域に欠陥がなければ、この電流は乱されない。亀裂は、端部の周りの電流の流れを方向転換させ、表面に向けて開放する。ＡＣＦＭプローブはこれらの磁界を測定し、データの後処理を使用して欠陥サイズを推定することができる。磁界の横方向および垂直方向の成分が測定されて解析され、次の層の修正のためのプロセス制御へのフィードバックとしてデータ処理段階で使用することができる。リコートブレード上のＡＣＦＭ走査素子のアレイは、各層を撮像し、部品／構造体１４０の表面および表面下の領域の走査を提供するために使用することができる。

漏洩磁束（ＭＦＬ）試験では、強力な磁石を用いて部品／構造体１４０を磁化する（強磁性である場合）。部品／構造体１４０内に磁界を誘導するために、構築チャンバ１１０は異なる方向（図５を参照）にコイル５０１、５０２を装備することができる。融着不足または金属が欠けているところでは、磁界が表面から「漏れる」。ＭＦＬスキャナでは、漏洩磁界を検出するために磁石の磁極の間に磁気検出器５６０が配置される。この検出器５６０は、リコートブレード１５０上のアレイに配置することができる。データの後処理は、漏洩磁界のチャート記録を解釈して、損傷領域を特定し、金属損失の深さを推定することができ、したがって、後の層再構成で欠陥を修正するために使用することができる。

電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）は、電磁的メカニズムを用いた非接触超音波の発生と受信に用いられるプローブ／センサである。ＥＭＡＴは、トランスデューサに隣接する部品／構造体１４０の材料内で超音波が直接生成されるので、接触または結合媒質を必要としない。この結合媒質を必要としない特徴のために、ＥＭＡＴは熱い再構成層の上を移動するリコートブレード１５０に設置され、使用されるのに特に有用である。ＥＭＡＴは、金属および／または強磁性材料において、せん断水平（ＳＨ）バルク波および表面波モードを生成する理想的なトランスデューサである。その場／リアルタイムまたはインプロセス超音波検査（ＵＴ）技術として、ＥＭＡＴは、部品／構造体１４０の層の厚さの測定、欠陥の検出、および材料特性評価に使用することができる。他の言及した電磁気に基づく方法と同様に、データは、部品／構造体１４０における層のプロセス制御に使用することができる。上述した電磁的方法の各々は、特定の欠陥タイプを検出する際に利点と欠点を有することに留意されたい。しかし、複数のスキャナ／センサタイプからのデータは、欠陥検出および測定を強化するために、処理段階で一緒に融合することができる。

図６は、試験構造体／部品６００の上面図を示す。試験構造体／部品６００は、設計仕様に従って部品内にあるべきいくつかの角度のある孔６０１を有する。部品６００には、欠陥をシミュレートするために穿孔された３つの孔６１１、６１２、６１３もあり、これらの孔の直径は０．０２３インチ、０．０２０インチおよび０．０１４インチである。図７は、試験構造体／部品６００の抵抗プロットを示し、孔６１１、６１２、６１３は、より暗い模様の円とより明るい模様の円によって明瞭に区別され、識別可能である。図８は、試験構造体／部品６００の誘導性リアクタンスのプロットを示し、孔６１１、６１２、６１３は、より明るい模様の円によって明瞭に区別され、識別可能である。図７および図８では、０．１インチの渦電流コイルを５ＭＨｚの励磁周波数で使用した。これらの走査は、既知の良好な部品または層と比較することができ、欠陥が検出されたときに自動的に警告または通知を生成するようにシステムを設定することができる。

図９は、本明細書に記載の態様による、データ処理および走査方法９００のフローチャートである。構造体１４０の各層の構築中に各走査方法（すなわち、渦電流、ＡＣＦＭおよびＭＦＬ、ＥＭＡＴ）を使用して抽出されたデータは、いくつかのデータ融合方法によって個別におよび／または合わせて使用することができる。このデータは、一般に、リアルタイム品質管理、最終品質管理、およびフィードバックプロセス制御のために使用されて、レーザまたは機械特性を修正することができる。インプロセス（すなわち、リアルタイム）機械制御を用いて、３Ｄ構築プロセス中に欠陥を除去または治癒することができる。

ステップ９１０において、スキャナ１６０が較正される。スキャナ１６０が較正ブロック１７０の上に配置され、走査が開始される。応答は、欠陥を検出し、評価し、サイズを決定するために、較正ブロック内の既知の人工欠陥の既知の良好な応答と比較される。不一致がある場合には、スキャナ（またはその出力）は誤差を修正するように変更される。これにより、非常に信頼性が高く再現性の高い走査プロセスが得られる。一例として、スキャナの高さがその応答に影響を及ぼす可能性があるので、スキャナ１６０（またはリコートブレード１５０）が０．１ｍｍだけ上昇した場合には、その量だけスキャナを下げて補償することができる。較正ブロック１７０は、層ごとに正確で再現可能な試験を行い、スキャナ／センサの感度を最適化するための距離、周波数などの走査特性の変更を可能にし、既知のサイズの既知の欠陥を使用して、システムがそれらのデータをサイジングおよび欠陥分類に使用できるようにするために、設けられている。これらの既知の欠陥は、検出および分類する必要がある欠陥の感度および種類に従って設計および変更することができる。例えば、臨界欠陥サイズが直径２ｍｍの空隙である場合には、直径２ｍｍの空隙を較正ブロック１７０内に人工的に作製することができる。システムは、応答が正確に調整されるように走査する前に較正する。あるいは、欠陥の種類を分類するための応答を使用するために、２ｍｍの空隙および２ｍｍの包含物を較正ブロック１７０内に配置することができる。

ステップ９２０では、構築プラットフォーム１１２の領域、特に構造体／部品１４０を含む領域の電磁的走査が得られる。この走査は、少なくとも１つの構造体１４０が３Ｄ製造装置１００によって構築され、通常、新しい部品層のための粉末の再分配中に実行される、３Ｄ印刷構築プロセスの間にリアルタイムで得られる。ステップ９２０は、渦電流走査、ＡＦＣＭ走査および／またはＭＦＬ走査、ならびにＥＭＡＴ走査から選択される少なくとも２つの走査を含むことができる。渦電流走査９２１は、渦電流スキャナを使用して、構造体／部品１４０が構築されている構築プラットフォーム１１２の領域を走査する。ＡＣＦＭおよび／またはＭＦＬ走査９２２は、ＡＣＦＭおよび／またはＭＦＬスキャナを使用して、構造体／部品１４０が構築されている構築プラットフォーム１１２の領域を走査する。ＥＭＡＴ走査９２３は、ＥＭＡＴスキャナを使用して、構造体／部品１４０が構築されている構築プラットフォーム１１２の領域を走査する。これらの走査のうちの１つ、２つ、３つ、またはすべてを、次のステップで使用し、合わせて結合または融合することができる。

ステップ９３０では、ステップ９２０からの走査を結合（または融合）し、走査したデータを処理することができる。このステップのデータは、最終的な部品／構造体の評価、ならびに機械学習およびシステムトレーニングのために、メモリに保持される（ステップ９４０）。例えば、欠陥のない複数の部品の同一層の収集されたデータは、その特定の層についての部品の欠陥検出および分類に使用されるアルゴリズムを訓練するための、人工神経回路網（ＡＮＮ）などの機械学習アルゴリズムへの入力として使用することができる。現在の方法の１つの態様は、欠陥を検出した後に、欠陥を分類し、それに応じて修正措置または決定を行うことができることである。図１０は、データ処理および融合ステップ９３０のより詳細なフローチャートである。ステップ１０１０において、電磁的走査からのデータが取得され、個々の方法ステップ１０２０に入力される。ステップ１０２０において、データが局所化され、診断され、予後が判定される。ステップ１０２０からのデータ出力は、２つの経路で進む。ステップ１０３０において、各個別方法の結果（すなわち渦電流走査、ＡＦＣＭおよび／またはＭＦＬ走査ならびにＥＭＡＴ走査）がステップ１０６０に入力され、ステップ１０６０において、欠陥（例えば、融着不足、空隙、または亀裂）があるかどうか判定される。ステップ１０４０では、データはピクセルレベルで、または２次元的に融合される。次いで、ステップ１０５０において、２次元データを使用して、３次元のボクセルレベル画像を生成する。各２次元画像は格納されて、前の走査された１つまたは複数の層に加えられ、このプロセスが継続されて、３次元画像が構築される。ステップ１０６０において、３次元画像を解析して、融着不足、空隙、または亀裂などの欠陥が存在するかどうかを判定する。ステップ９５０において、欠陥が許容可能であるか修正可能であるかの判定が行われる。欠陥が所定量（例えば、０．５ｍｍ未満）よりも小さい場合には、構築プロセスは継続することができる。欠陥が修正可能である場合には、ステップ９６０は、欠陥を修正するために使用される。例えば、欠陥が未融着領域であった場合には、その欠陥領域を再度ターゲットにするようにレーザを誘導することができる。しかしながら、欠陥が許容可能でも修正可能でもない場合には、部品は廃棄され、構築プロセスはステップ９７０で終了する。

図１１は、本明細書に記載の態様による、制御システムおよび３Ｄ印刷装置の模式図である。印刷（または３Ｄ製造）装置１００は、印刷装置１００の一部またはすべての構成要素の機能を制御するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む、１つまたは複数のコントローラ１１１０を含む制御システムを含むことができる。コントローラ１１１０は、例えば、レーザ１０２の動作（レーザ出力、レーザ速度、レーザスポットサイズなどを含む）、リコートブレードの位置、速度もしくは高さ、ならびに分配プラットフォームおよび構築プラットフォームの動作（例えば、高さの量の増減など）を制御することができる。一般に、装置の多くの動作特性は、スキャナ１６０およびシステム１２００を介して得られたフィードバックにより制御することができ、例えば、レーザ出力、レーザ速度、粉末サイズ、粉末材料、チャンバ温度、レーザスポットサイズ、または粉末深さは、所望に応じて変更可能な特性のいくつかの例である。いくつかの実施形態では、コントローラ１１１０は、印刷プロセスおよび印刷装置の他のハードウェアの動作を制御するための１つまたは複数の制御データ処理システムを含む。比例積分微分（ＰＩＤ）、線形２次レギュレータ（ＬＱＲ）、ファジーロジックコントローラ（ＦＬＣ）などの制御アルゴリズムおよび他の適切な制御アルゴリズムを使用して、入力データに対する複数の出力パラメータを算出することができる。

スキャナ１６０は、構築プロセス中にリアルタイムでデータを取り込むことができる。次いで、データは、一例では、データ処理システム上でソフトウェアとして実行される１つまたは複数のアルゴリズムを使用して、リアルタイムで評価することができる。データ処理システムは、一例では、装置１００の一部として含まれてもよい。他の例では、データ処理システムは、走査データの取得を担当するスキャナ１６０と有線または無線で通信しており、スキャナは、１つまたは複数の有線または無線の通信経路を介してデータ処理システムにデータを通信する。別個のデータ処理システムは、上述したコントローラ１１１０のデータ処理システムであってもよいし、取得した走査データの評価専用の異なるデータ処理システムであってもよい。

いずれにしても、走査データを取得するデータ処理システムは、構造体が正しく印刷されているかどうかを判定するために、１つまたは複数の３ＤＣＡＤモデルとの比較のために、別々に、あるいは１つまたは複数の様々な技法によって、データを評価することができる。典型的な構築セットアップでは、印刷される構造体の設計者は、ソフトウェアを利用して、構築プラットフォーム上に印刷されるすべての部品のための設計を構築することができる。次いで、積層造形装置を制御するためのソフトウェアは、各層がレーザの「パス」として印刷されるように、印刷される構造体の３Ｄモデルを層に「スライス」することができる。

本明細書に記載されているように、構築プロセスの層は電磁気的に走査することができ、印刷された材料の性質および特性は、構築の品質を評価し、動作上の欠陥が発生したかどうかを判定するために、ＣＡＤ仕様と比較することができる。積層造形プロセス中のリアルタイムの１つまたは複数の層の走査、および構築プロセス中にリアルタイムであってもよいし、後で行われてもよい走査データの評価は、積層造形装置の動作上の健全性の評価を容易にするオンライン検査およびプロセス監視を提供する。

図１２は、本明細書に記載の１つまたは複数の態様を組み込んで使用するデータ処理システムの一例を示す。データ処理システム１２００は、上述したプロセスを実行するためのプログラムコードなどのプログラムコードを格納および／または実行するのに適しており、バス１２２０を介してメモリ１２０４に直接的または間接的に結合された少なくとも１つのプロセッサ１２０２を含む。動作中、プロセッサ１２０２は、メモリ１２０４から、プロセッサによる実行のための１つまたは複数の命令を取得する。メモリ１２０４は、プログラムコードの実際の実行中に使用されるローカルメモリ、バルク記憶装置、およびプログラムコード実行中にバルク記憶装置からコードを取り出さなければならない回数を減らすために少なくともいくつかのプログラムコードの一時的な記憶を提供するキャッシュメモリを含むことができる。メモリ１２０４の例の非限定的なリストは、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、またはこれらの任意の適切な組み合わせを含むことができる。メモリ１２０４は、オペレーティングシステム１２０５と、スキャナ１６０から走査データを取得するための１つまたは複数のプログラムなどの１つまたは複数のコンピュータプログラム１２０６と、本明細書に記載の態様により、積層造形装置で動作上の欠陥が発生したかどうかを判定するために、取得した走査データを評価するための１つまたは複数のプログラムと、を含む。

入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置１２１２、１２１４（キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含むが、これらに限らない）を直接またはＩ／Ｏコントローラ１２１０を通してシステムに結合することができる。またネットワークアダプタ１２０８も、介在する専用ネットワークまたは公衆ネットワークを介して、データ処理システムが他のデータ処理システムに結合できるように、システムに結合することができる。モデム、ケーブルモデム、およびイーサネット（登録商標）カードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタ１２０８のごく一部である。一例では、ネットワークアダプタ１２０８および／または入力装置１２１２は、３次元構造体が印刷された構築プロセスの走査データを取得することを容易にする。

データ処理システム１２００は、１つまたは複数のデータベースを有する記憶装置１２１６（例えば、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、テープドライブ、クラウド記憶装置などの不揮発性記憶領域）に結合することができる。記憶装置１２１６は、内部記憶装置、または取り付けられたもしくはネットワークアクセス可能な記憶装置を含むことができる。記憶装置１２１６内のコンピュータプログラムは、メモリ１２０４にロードされ、当技術分野で公知の方法でプロセッサ１２０２によって実行される。

さらに、データ処理システム１２００は、データ処理システム１２００とスキャナとの間でデータを通信するために、ネットワーク通信経路、シリアル接続などの１つまたは複数の通信経路を介してスキャナ１６０に通信可能に接続することができる。通信は、スキャナ１６０によって取得されたデータの、データ処理システムによる取得を含むことができる。

データ処理システム１２００は、図示するものより少ない構成要素、本明細書に図示していない追加の構成要素、または図示した構成要素と追加の構成要素のいくつかの組み合わせを含むことができる。データ処理システム１２００は、メインフレーム、サーバ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ラップトップ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレット、スマートフォン、電話装置、ネットワーク機器、仮想化装置、記憶装置コントローラなどの、当技術分野で公知の任意のコンピューティング装置を含むことができる。さらに、上述のプロセスは、クラスタ化されたコンピューティング環境の一部として動作する、複数のデータ処理システム１２００によって実行されてもよい。データ処理システム１２００、メモリ１２０４、および／または記憶装置１２１６は、部品ごとに格納する必要がある大量のデータのために、３Ｄ印刷用に特別に設計されたデータ圧縮アルゴリズムを含むことができる。

いくつかの実施形態では、本発明の態様は、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。１つまたは複数のコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読プログラムコードを具現化してもよい。様々なコンピュータ可読媒体またはそれらの組み合わせを利用することができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読記憶媒体をふくことができ、その例としては、１つまたは複数の電子的、磁気的、光学的、または半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、あるいは上記の任意の適切な組み合わせを挙げることができる（ただしこれらに限定されない）。例示的なコンピュータ可読記憶媒体としては、例えば、１つもしくは複数の配線を有する電気的接続、携帯型コンピュータディスケット、ハードディスクもしくは大容量記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、および／またはＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリなどの消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置（テープ装置を含む）、あるいは上記の任意の適切な組み合わせが挙げられる。コンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサなどの命令実行システム、装置、またはデバイスによってまたはそれらと併せて使用されるプログラムコードを収容または格納することができる有形の媒体を含むように定義される。したがって、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコードは、プログラムコードを含む製品（「コンピュータプログラム製品」など）を生成する。

ここで図１３を参照すると、一例では、コンピュータプログラム製品１３００は、例えば、本発明の１つまたは複数の態様を提供し促進するために、コンピュータ可読プログラムコード手段またはロジック１３０４を格納する１つまたは複数のコンピュータ可読媒体１３０２を含む。コンピュータ可読媒体１３０２に収容または格納されたプログラムコードは、データ処理システム（その構成要素を含むコンピュータ、コンピュータシステムなど）および／または他の装置によって取得され実行されて、データ処理システム、その構成要素、および／または他の装置が特定の方法で動作する／機能することを可能にする。プログラムコードは、無線、有線、光ファイバ、および／または無線周波数（ただしこれらに限定されない）を含む任意の適切な媒体を使用して送信することができる。本発明の態様を実行、達成または促進するための動作を実行するためのプログラムコードは、１つまたは複数のプログラミング言語で記述することができる。いくつかの実施形態では、プログラミング言語は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語および／または手続き型プログラミング言語を含む。プログラムコードは、ユーザのコンピュータ上で完全に実行されてもよいし、ユーザのコンピュータから完全に遠隔で実行されてもよいし、あるいは、一部がユーザのコンピュータ上で、かつ一部がリモートコンピュータ上で実行されてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザのコンピュータおよびリモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などのネットワークを介して、および／または外部コンピュータを介して（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いたインターネットを通して）通信する。

一例では、プログラムコードは、１つまたは複数のプロセッサによる実行のために取得された１つまたは複数のプログラム命令を含む。コンピュータプログラム命令は、例えば、１つまたは複数のデータ処理システムの１つまたは複数のプロセッサに提供されて、機械を生成することができ、その結果、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、本明細書に記載されたフローチャートおよび／またはブロック図に記載された動作または機能などの本発明の態様を実行し、達成し、または促進する。したがって、本明細書で図示および説明されたフローチャートおよび／またはブロック図の各ブロックまたはブロックの組み合わせは、いくつかの実施形態では、コンピュータプログラム命令によって実現することができる。

図面を参照して図示および説明されたフローチャートおよびブロック図は、本発明の態様によるシステム、方法および／またはコンピュータプログラム製品の可能な実施形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。したがって、これらのフローチャートおよび／またはブロック図は、本発明の態様による方法、装置（システム）、および／またはコンピュータプログラム製品であり得る。

いくつかの実施形態では、上述したように、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、ブロックの特定の動作および／または論理機能を実現するための１つまたは複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表すことができる。当業者であれば理解するように、ブロックによって指定または実行される動作／機能は、図示および／または説明したものとは異なる順序で生じてもよいし、あるいは、１つまたは複数の他のブロックと同時に、または部分的に／完全に同時に生じてもよい。連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよいし、あるいはそれらのブロックが逆の順序で実行されてもよい。さらに、ブロック図および／またはフローチャートの各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャートのブロックの組み合わせは、専用のハードウェアベースのシステムによって、またはコンピュータ命令と組み合わせて、完全に実現することができ、ブロックまたはブロック図全体またはフローチャート全体で指定された動作／機能を実行する。

本発明の方法およびシステムは、３Ｄ製造装置の評価および変更を目的とするだけではなく、リアルタイムで、および構築が完了した後に、各３Ｄ印刷された部品／構造体を評価するようにも設計される。例えば、機械の性能は非常に満足できるものであっても、材料またはその他の問題により、構築中にいくつかの欠陥が発生する。部品／構造体が構築されるにつれて検査／評価されるので、過去に各部品を検査するために行われなければならなかった非破壊検査方法は、本発明の方法およびシステムを使用して取り除くことができる。複雑な形状、複雑な材料特性に起因して部品にＮＤＴを実行することは非常に困難であり、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）は非常に時間がかかり、コストがかかり、その他の欠点があるので、完成した３Ｄ部品の非破壊検査は望ましくない場合がある。さらに、部品／構造体の構築後にＮＤＴを実行して、部品を廃棄すると決定された場合には、多くの時間が失われてしまう。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本発明を限定することを目的とするものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語（および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの形態）、「有する（ｈａｖｅ）」という用語（および有する（ｈａｓ）および有する（ｈａｖｉｎｇ）などの形態）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語（および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの形態）、ならびに「収容する（ｃｏｎｔａｉｎ）」という用語（および収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）および収容する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）などの形態）は、制限のない連結動詞であることがさらに理解されるであろう。結果として、１つまたは複数のステップまたは要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」方法または装置は、それらの１つもしくは複数のステップまたは要素を有するが、それらの１つもしくは複数のステップまたは要素のみを有することに限定されない。同様に、１つまたは複数の特徴を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」方法のステップまたは装置の要素は、それらの１つまたは複数の特徴を有するが、それらの１つまたは複数の特徴のみを有することに限定されない。さらに、ある方法で構成された装置または構造体は、少なくともそのように構成されているが、列挙されていない方法で構成されてもよい。さらに、本明細書で使用する「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ）」または「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」という用語は、例えば、プロセッサが決定を実行し、１つもしくは複数の計算または数学的演算を実行して結果を得る状況を含むことができる。

本発明の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本発明を開示した形態に限定することも意図されていない。多くの変更および変形は、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本発明の原理および実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態について本発明を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。

上記の説明が制限ではなく例示を意図していることを理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて用いることができる。さらに、本発明の範囲を逸脱せずに特定の状況または材料を様々な実施形態の教示に適応させるために、多くの修正を行うことができる。本明細書に記載した材料の寸法および種類は、様々な実施形態のパラメータを規定するためのものであるが、それらは決して限定的なものではなく、単に例示的なものにすぎない。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討することにより当業者には明らかであろう。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付した特許請求の範囲に与えられる均等物の完全な範囲と共に、添付した特許請求の範囲によって決定されなければならない。添付の請求項において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎｗｈｉｃｈ）」を用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」それぞれの平易な英語の同義語として用いている。さらに、以下の請求項において、「第１」、「第２」および「第３」などの用語は単に符号として使用され、それらの対象物に数値的な要件を課すことを意図しない。さらに、以下の請求項の限定事項は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような請求項の限定事項が、さらなる構造を欠いた機能の文言が続く、「〜する手段（ｍｅａｎｓｆｏｒ）」というフレーズを明示的に用いない限りおよび用いるまでは、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されることを意図してはいない。任意の特定の実施形態に基づいて、上述したすべてのこのような対象物または利点が必ずしも達成できるわけではないことを理解すべきである。したがって、例えば、当業者には明らかなように、本明細書に記載されたシステムおよび技術は、本明細書で教示または示唆されるように他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される１つの利点もしくは１群の利点を達成または最適化する態様で具現化または実施してもよい。

本発明は、限られた数の実施形態に関して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまでに説明していないが、本発明の精神および範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換または等価な構成を組み込むように修正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本開示の態様は記載した実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
３Ｄ製造部品および３Ｄ製造装置（１００）の動作性能の検査および評価のための方法（９００）であって、前記方法（９００）は、
少なくとも１つの構造体（１４０）が３Ｄ製造装置（１００）によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を取得するステップ（９２０）と、
プロセッサ（１２０２）によって、前記電磁的走査を評価するステップと、
前記評価するステップに基づいて、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作上の欠陥が発生したか否かを判定するステップと、を含む方法（９００）。
［実施態様２］
前記取得するステップ（９２０）は、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）を用いて第１の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）および漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）のうちの少なくとも一方を用いて第２の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）を用いて第３の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の融合データ走査を取得するために、前記第１の走査、前記第２の走査および前記第３の走査を組み合わせるステップと、を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様３］
前記取得するステップ（９２０）は、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）を用いて第１の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）および漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）のうちの少なくとも一方を用いて第２の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）を用いて第３の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の融合データ走査を取得するために、前記第１の走査、前記第２の走査または前記第３の走査のうちの少なくとも２つを組み合わせるステップと、のうちの少なくとも２つをさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様４］
前記評価するステップは、前記３Ｄ製造装置（１００）の前記動作上の欠陥の発生を示すエラーを検出するために、前記取得した走査に対して走査処理を実行するステップを含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様５］
前記動作上の欠陥は、前記３Ｄ製造装置（１００）の保守が必要であることを示す前記３Ｄ製造装置（１００）の誤動作を含むか、あるいは、前記動作上の欠陥は所定のしきい値よりも大きい空隙率の表示を含むか、あるいは前記動作上の欠陥は融着不足、ミクロ亀裂、またはマクロ亀裂を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様６］
前記動作上の欠陥が発生したと判定するステップに応答して、前記動作上の欠陥が発生したという警告をユーザに提供するステップと、前記構築プロセスを停止するステップと、のうちの１つまたは複数を実行するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様７］
前記動作上の欠陥が生じたと判定するステップに応答して、前記構築プロセスを変更するステップをさらに含み、前記変更するステップは、（ｉ）前記動作上の欠陥を示すと判定された構造体（１４０）の少なくとも一部を構築すること、または（ｉｉ）前記動作上の欠陥を示すと判定された前記構築プラットフォーム（１１２）の場所に構築すること、または（ｉｉｉ）３Ｄ製造装置（１００）の動作特性を変更すること、を無効にする、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様８］
前記構築プロセスを変更するステップは、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作特性ステップを変更するステップを含み、前記動作特性は、レーザ出力、レーザ速度、粉末サイズ、粉末材料、チャンバ温度、レーザスポットサイズ、または粉末深さのうちの少なくとも１つを含む、実施態様７に記載の方法（９００）。
［実施態様９］
前記評価するステップは、前記構築プロセス中に構築されているときに前記少なくとも１つの構造体（１４０）の１つまたは複数の物理的もしくは電気物理的特性を、前記少なくとも１つの構造体（１４０）の１つまたは複数の目標特性を記述するコンピュータ支援設計仕様と比較するステップをさらに含み、前記判定するステップは、前記比較に基づいて、構築されている前記構造体（１４０）が前記コンピュータ支援設計仕様に対して正確であるかどうかを判定するステップを含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様１０］
前記電磁的走査を行うスキャナ（３６０）を較正するステップをさらに含み、前記スキャナ（３６０）は前記較正するステップの間に１つまたは複数の較正ブロック（１７０）の上に配置され、前記１つまたは複数の較正ブロック（１７０）は少なくとも１つの既知の人工欠陥を有する、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様１１］
３Ｄ製造装置（１００）の動作性能を評価するためのシステム（１２００）であって、前記システム（１２００）は、
メモリと、
前記メモリと通信するプロセッサ（１２０２）と、を含み、
前記システム（１２００）は、
少なくとも１つの構造体（１４０）が３Ｄ製造装置（１００）によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を、スキャナ（３６０）により取得し、前記電磁的走査は、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）、交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）、漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）、および電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）のうちの少なくとも２つを含み、融合データ走査を取得するために前記取得した走査を組み合わせるステップと、
前記プロセッサ（１２０２）によって、前記融合データ走査を評価するステップと、
前記評価するステップに基づいて、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作上の欠陥が発生したか否かを判定するステップと、を実行するように構成される、システム（１２００）。
［実施態様１２］
前記スキャナ（３６０）は、前記３Ｄ製造装置（１００）のリコートブレード（１５０）に取り付けられている、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１３］
前記スキャナ（３６０）によって走査されるように構成された既知の人工欠陥を含む１つまたは複数の較正ブロック（１７０）をさらに含み、前記１つまたは複数の較正ブロック（１７０）は、構築部（１１０）または分配部（１２０）の上に、近くに、または隣接して配置される、実施態様１２に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１４］
前記スキャナ（３６０）は、前記構築プラットフォーム（１１２）に対して下降および上昇されるように構成された回転可能な支持体（３６２）上に配置され、前記スキャナ（３６０）は走査素子（３６１）の回転アレイを形成し、または前記構築プラットフォーム（１１２）は前記回転可能なシャフト上に配置される、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１５］
前記スキャナ（３６０）は、前記構築プラットフォーム（１１２）に対して下降および上昇されるように構成された支持体上に配置され、前記スキャナ（３６０）は走査素子（３６１）の２次元アレイを形成する、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１６］
前記電磁的走査は、
渦電流走査（９２１）と、
交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）または漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）と、
電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）と、含む、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１７］
前記動作上の欠陥は、前記３Ｄ製造装置（１００）の保守が必要であることを示す前記３Ｄ製造装置（１００）の誤動作を含むか、あるいは、前記動作上の欠陥は所定のしきい値よりも大きい空隙率の表示を含むか、あるいは前記動作上の欠陥は、前記少なくとも１つの構造体（１４０）内の融着不足、ミクロ亀裂、またはマクロ亀裂を含む、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１８］
前記動作上の欠陥が生じたと判定するステップに応答して、前記構築プロセスを変更するステップをさらに含み、前記変更するステップは、（ｉ）前記動作上の欠陥を示すと判定された構造体（１４０）の少なくとも一部を構築すること、または（ｉｉ）前記動作上の欠陥を示すと判定された前記構築プラットフォーム（１１２）の場所に構築すること、または（ｉｉｉ）３Ｄ製造装置（１００）の動作特性を変更すること、を無効にする、実施態様１１に記載のシステム（１２００）。
［実施態様１９］
前記構築プロセスを変更するステップは、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作特性ステップを変更するステップを含み、前記動作特性は、レーザ出力、レーザ速度、粉末サイズ、粉末材料、チャンバ温度、レーザスポットサイズ、または粉末深さのうちの少なくとも１つを含む、実施態様１８に記載のシステム（１２００）。
［実施態様２０］
３Ｄ製造装置（１００）の動作性能を評価するためのコンピュータプログラム製品（１３００）であって、前記コンピュータプログラム製品（１３００）は、
プロセッサ（１２０２）によって読み取り可能であって、方法（９００）を実行するために前記プロセッサ（１２０２）によって実行される命令を格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体（１３０２）を含み、前記方法（９００）は、
少なくとも１つの構造体（１４０）が３Ｄ製造装置（１００）によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を取得し、前記電磁的走査は、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）、交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）、漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）、および電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）のうちの少なくとも２つを含み、融合データ走査を取得するために前記取得した走査を組み合わせるステップと、
プロセッサ（１２０２）によって、前記融合データ走査を評価するステップと、
前記評価するステップに基づいて、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作上の欠陥が発生したか否かを判定するステップと、を含む、コンピュータプログラム製品（１３００）。

１００３Ｄ製造装置、印刷装置
１０２レーザ
１０４レンズ
１１０構築部、構築チャンバ
１１２構築プラットフォーム
１１３シャフト、支持体
１１４壁
１１６壁
１２０分配部
１２２分配プラットフォーム
１２３壁
１２４シャフト、支持体
１３０粉末
１４０構造体／３Ｄ印刷された部品
１５０リコートブレード
１６０スキャナ
１６１走査素子のアレイ
１７０較正ブロック
３０１矢印
３６０スキャナ
３６１走査素子
３６２回転可能な支持体
４６０スキャナ
４６１走査素子
５０１コイル
５０２コイル
５６０磁気検出器
６００部品
６０１孔
６１１孔
６１２孔
６１３孔
９００走査方法
９１０較正ステップ
９２０走査ステップ
９２１渦電流走査
９２２ＡＣＦＭ／ＭＦＬ走査
９２３ＥＭＡＴ走査
９３０融合ステップ
９４０記憶ステップ
９５０ステップ
９６０ステップ
９７０ステップ
１０１０ステップ
１０２０ステップ
１０３０ステップ
１０４０ステップ
１０５０ステップ
１０６０ステップ
１１１０コントローラ
１２００データ処理システム
１２０２プロセッサ
１２０４メモリ
１２０５オペレーティングシステム（ОＳ）
１２０６コンピュータプログラム
１２０８ネットワークアダプタ
１２１０Ｉ／Ｏコントローラ
１２１２入力装置
１２１４出力装置
１２１６記憶装置
１２２０バス
１３００コンピュータプログラム製品
１３０２コンピュータ可読媒体
１３０４ロジック
１４０１ノッチ
１４０２孔
１４０３空隙
１４０４空隙
１４０５層間剥離
１４０６包含物

Claims

３Ｄ製造部品および３Ｄ製造装置（１００）の動作性能の検査および評価のための方法（９００）であって、前記方法（９００）は、
少なくとも１つの構造体（１４０）が３Ｄ製造装置（１００）によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を取得するステップ（９２０）と、
プロセッサ（１２０２）によって、前記電磁的走査を評価するステップと、
前記評価するステップに基づいて、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作上の欠陥が発生したか否かを判定するステップと、を含む方法（９００）。
前記取得するステップ（９２０）は、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）を用いて第１の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）および漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）のうちの少なくとも一方を用いて第２の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）を用いて第３の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の融合データ走査を取得するために、前記第１の走査、前記第２の走査および前記第３の走査を組み合わせるステップと、を含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記取得するステップ（９２０）は、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）を用いて第１の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）および漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）のうちの少なくとも一方を用いて第２の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）を用いて第３の走査を取得するステップと、
前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の融合データ走査を取得するために、前記第１の走査、前記第２の走査または前記第３の走査のうちの少なくとも２つを組み合わせるステップと、のうちの少なくとも２つをさらに含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記評価するステップは、前記３Ｄ製造装置（１００）の前記動作上の欠陥の発生を示すエラーを検出するために、前記取得した走査に対して走査処理を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記動作上の欠陥は、前記３Ｄ製造装置（１００）の保守が必要であることを示す前記３Ｄ製造装置（１００）の誤動作を含むか、あるいは、前記動作上の欠陥は所定のしきい値よりも大きい空隙率の表示を含むか、あるいは前記動作上の欠陥は融着不足、ミクロ亀裂、またはマクロ亀裂を含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記３Ｄ製造装置（１００）の動作特性を変更することによって構築プロセスを変更するステップをさらに含み、前記動作特性は、レーザ出力、レーザ速度、粉末サイズ、粉末材料、チャンバ温度、レーザスポットサイズ、または粉末深さのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記評価するステップは、前記構築プロセス中に構築されているときに前記少なくとも１つの構造体（１４０）の１つまたは複数の物理的もしくは電気物理的特性を、前記少なくとも１つの構造体（１４０）の１つまたは複数の目標特性を記述するコンピュータ支援設計仕様と比較するステップをさらに含み、前記判定するステップは、前記比較に基づいて、構築されている前記構造体（１４０）が前記コンピュータ支援設計仕様に対して正確であるかどうかを判定するステップを含む、請求項１に記載の方法（９００）。
前記電磁的走査を行うスキャナ（３６０）を較正するステップをさらに含み、前記スキャナ（３６０）は前記較正するステップの間に１つまたは複数の較正ブロック（１７０）の上に配置され、前記１つまたは複数の較正ブロック（１７０）は少なくとも１つの既知の人工欠陥を有する、請求項１に記載の方法（９００）。
３Ｄ製造装置（１００）の動作性能を評価するためのシステム（１２００）であって、前記システム（１２００）は、
メモリと、
前記メモリと通信するプロセッサ（１２０２）と、を含み、
前記システム（１２００）は、
少なくとも１つの構造体（１４０）が３Ｄ製造装置（１００）によって構築される３Ｄ印刷構築プロセス中にリアルタイムで、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された構築プラットフォーム（１１２）の領域の電磁的走査を、スキャナ（３６０）により取得し、前記電磁的走査は、前記少なくとも１つの構造体（１４０）が構築された前記構築プラットフォーム（１１２）の前記領域の渦電流走査（９２１）、交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）、漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）、および電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）のうちの少なくとも２つを含み、融合データ走査を取得するために前記取得した走査を組み合わせるステップと、
前記プロセッサ（１２０２）によって、前記融合データ走査を評価するステップと、
前記評価するステップに基づいて、前記３Ｄ製造装置（１００）の動作上の欠陥が発生したか否かを判定するステップと、を実行するように構成される、システム（１２００）。
前記スキャナ（３６０）は、前記３Ｄ製造装置（１００）のリコートブレード（１５０）に取り付けられている、請求項９に記載のシステム（１２００）。
前記スキャナ（３６０）によって走査されるように構成された既知の人工欠陥を含む１つまたは複数の較正ブロック（１７０）をさらに含み、前記１つまたは複数の較正ブロック（１７０）は、構築部（１１０）または分配部（１２０）の上に、近くに、または隣接して配置される、請求項１０に記載のシステム（１２００）。
前記スキャナ（３６０）は、前記構築プラットフォーム（１１２）に対して下降および上昇されるように構成された回転可能な支持体（３６２）上に配置され、前記スキャナ（３６０）は走査素子（３６１）の回転アレイを形成し、または前記構築プラットフォーム（１１２）は前記回転可能なシャフト上に配置される、請求項９に記載のシステム（１２００）。
前記スキャナ（３６０）は、前記構築プラットフォーム（１１２）に対して下降および上昇されるように構成された支持体上に配置され、前記スキャナ（３６０）は走査素子（３６１）の２次元アレイを形成する、請求項９に記載のシステム（１２００）。
前記電磁的走査は、
渦電流走査（９２１）と、
交流場測定（ＡＣＦＭ）走査（９２２）または漏洩磁束（ＭＦＬ）走査（９２２）と、
電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）走査（９２３）と、含む、請求項９に記載のシステム（１２００）。
前記３Ｄ製造装置（１００）の動作特性を変更することによって構築プロセスを変更するステップをさらに含み、前記動作特性は、レーザ出力、レーザ速度、粉末サイズ、粉末材料、チャンバ温度、レーザスポットサイズ、または粉末深さのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法（９００）。