JP2018512310A - 付加製造環境においてモニター及びリコートするためのシステム及び方法 - Google Patents

付加製造環境においてモニター及びリコートするためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

付加製造環境におけるリコート機構をモニターするためのシステム及び方法が提供される。熱画像をキャプチャするように構成された画像化装置からリコート機構の熱画像に基づいたデータを受信する制御コンピュータの使用を、種々の環境が含む。制御コンピュータは、熱画像の特性の値をさらに決定し、当該特性は、リコート機構における粉体の量に関連している。制御コンピュータは、上記値がリコート機構における粉体の量に関連したエラーを示しているか否か、及び、上記値に基づいてリコート機構に関して実行する動作、のうちの少なくとも１つをさらに決定する。

Description

発明の詳細な説明
〔本願発明の背景〕
この出願は、２０１５年４月１３日に提出された米国仮特許出願第６２／１４６，８７１の利益を主張し、参照により、その内容の全てが本書に含まれる。
（本願発明の分野）
この出願は、付加製造環境における、構築材料の新しい層のリコートに関連する。より詳細には、この出願は、付加製造環境において構築される目的物のための、粉体材料の層のリコートをモニターするためのシステム及び方法に関連する。
（関連技術の説明）
付加製造の分野において、３次元固形物は、デジタルモデルから形成される。製造される目的物が３次元であるため、付加製造は一般的に３次元（３Ｄ）プリンティングと呼ばれる。付加製造のためのいくつかの技術は、選択的レーザー焼結（ＬＳ）製造、及び金属焼結を含む。これらの技術は、所望の３次元（３Ｄ）物体を生成するために使用される構築材料の層を重合又は凝固させるために、特定の位置にレーザービームを導く。３Ｄ物体は、構築材料の層を凝固させることにより、層毎に構築される。
目的物の各層が構築されるために、構築材料の新しい層が構築プラットフォーム上にコートされる。従って、目的物の層が構築された後に、プラットフォームは、構築される目的物の次の層のための構築材料でリコートされる。このリコート工程のあいだに、多くのエラーが発生し得るため、目的物の全構築プロセスを失敗する原因となる。例えば、多すぎる構築材料、又は少なすぎる構築材料が、リコートプロセスのあいだにプラットフォームに付加される可能性がある。本願発明者によって特定されたこれらの問題及び他の問題を受けて、リコートプロセスを改善するシステム及び方法が必要とされる。
〔概要〕
一実施形態において、付加製造環境におけるリコートをモニターするためのシステムが提供される。当該システムは、メモリ及びプロセッサを有する１つ以上のコンピュータを備えているコンピュータ制御システムを含む。当該コンピュータ制御システムは、熱画像をキャプチャするように構成された画像化装置（撮像装置）から、リコート機構の熱画像に基づいたデータを受信するように構成されている。当該コンピュータ制御システムは、上記熱画像の特性の値を決定するように構成されている。当該特性は、上記リコート機構における粉体の量に関連している。当該コンピュータ制御システムは、上記値が上記リコート機構における粉体の量に関連したエラーを示しているか否か、及び、上記値に基づいて上記リコート機構に関して実行する動作、のうちの少なくとも１つを決定するように構成されている。
別の実施形態では、付加製造環境におけるリコート機構をモニターする方法が提供される。当該方法は、熱画像をキャプチャするように構成された画像化装置から、リコート機構の熱画像に基づいたデータを受信することと、上記熱画像の特性の値であって、当該特性が上記リコート機構における粉体の量に関連した上記値を決定することと、を含んでもよい。当該方法は、決定された上記値が上記リコート機構における粉体の量に関連したエラーを示している場合、決定された上記値に基づいて上記リコート機構に関して実行する動作を選択することをさらに含んでもよい。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、３Ｄ物体を設計及び製造するためのシステムの例である。
図２は、図１に示されたコンピュータの一例の機能的なブロック図を示す。
図３は、使用する３Ｄ物体を製造するための高レベルプロセスを示す。
図４Ａは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従ってモニターされ得るリコート機構を有する付加製造装置の例である。
図４Ｂは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従ってモニターされ得るリコート機構を有する付加製造装置の別の例である。
図４Ｃは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従って使用され得る、図４Ａ及び／又は図４Ｂの付加製造装置４００の部材の例である。
図５Ａ〜５Ｉは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。
図６Ａ〜６Ｍは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。
図７は、画像化装置に接続された制御コンピュータがリコート機構における粉体をモニターするプロセスを示すフローチャートである。
〔本願発明の実施形態の詳細な説明〕
本書に開示されたシステム及び方法は、粉体に基づいた付加製造装置におけるリコート機構をモニター及び制御することを含む。本願明細書に記載されたいくつかの実施形態は、構築材料として粉体を使用する選択的レーザー焼結技術に関して記載されているが、記載されているシステム及び方法は、当業者によって理解されると考えられる他の特定の付加製造技術及び／又は他の特定の構築材料と共に用いられてもよい。
粉体に基づいた（例えば、ポリマー、金属等）付加製造技術及び付加製造装置のためのリコートプロセスに伴った１つの問題は、構築領域をリコートするために誤った量の材料が使用された場合、目的物の構築を失敗し得るということである。例えば、リコート機構（例えば、リコーター、ブレードリコーター、ローラー等）が、構築領域の新しい層を粉体で完全に覆うために十分な材料を有していない場合、目的物が不正確に形成されるか、又は、目的物の全ての構築を失敗し得る。本願の発明者は、この問題は、下記の１）〜３）の理由を含む種々の異なる理由に起因して生じ得ることを発見した。１）不適当な量の粉体がリコート機構に供給されるため。２）１つ以上の供給機（リコート機構に粉体を供給するように構成されている）が粉体を正確に供給していないため（例えば、リコート機構に供給される粉体を含む供給ビンの中で架橋した部分的な閉塞又は完全な閉塞に起因して、等）。及び／又は、３）リコート機構に粉体を供給する供給ビン中の粉体の不足のため。
本願明細書に記載されたシステム及び方法の実施形態によって、リコート機構自体の中における粉体の量をモニターすることを可能にし得る。さらに、本願明細書に記載されたシステム及び方法の実施形態によって、リコート機構自体の中における粉体の温度をモニターすることを可能にし得る。不正確な量の粉体が構築領域にリコートされることに導き得る、本願明細書に記載されるエラーのような、リコートプロセスにおけるエラーを検出するシステム及び方法によって、リコート機構内の粉体の量及び粉体の温度に関する情報が使用されてもよい。さらに、当該システム及び方法は、検出されたエラーを修正する特定の動作を制御してもよい。いくつかの実施形態では、当該システム及び方法は、リコート機構をモニターするように構成されたカメラ又は熱画像化装置（例えば、サーマルカメラ、赤外線カメラ等）などの画像化装置を利用してもよい。本願明細書に記載されたいくつかの実施形態は、リコート機構自体においてモニターされる粉体を含むリコーターなどのリコート機構に関して記載されているが、記載されている当該システム及び方法は、ローラーなどの他のリコート機構と共に用いられてもよい。ここで、ローラーのフロント（例えば、ローラーが構築領域に亘って均等に粉体を押し出すように移動する方向）における粉体はモニターされる。
本願発明の実施形態は、３Ｄ物体を設計及び製造するためのシステム内で実施されてもよい。図１に戻ると、３Ｄ物体の設計及び製造の実施に適したコンピュータ環境の例が示されている。当該環境は、システム１００を含む。システム１００は、１つ以上のコンピュータ１０２ａ〜１０２ｄを含み、当該コンピュータ１０２ａ〜１０２ｄは、例えば、任意のワークステーション、サーバ、又は情報を処理可能な演算装置であり得る。いくつかの態様では、コンピュータ１０２ａ〜１０２ｄの各コンピュータは、任意の適当なコミュニケーション技術（例えば、インターネットプロトコル）によって、ネットワーク１０５（例えば、インターネット）に接続され得る。従って、コンピュータ１０２ａ〜１０２ｄは、ネットワーク１０５を介して、相互に情報（例えば、ソフトウェア、３Ｄ物体のデジタル表現、付加製造装置を操作する命令又は指示など）を送信及び受信する。
システム１００は、１つ以上の付加製造装置（例えば、３Ｄプリンター）１０６ａ〜１０６ｂをさらに含む。図のように、付加製造装置１０６ａは、コンピュータ１０２ｄに直接接続されており（また、コンピュータ１０２ｄ、ネットワーク１０５を介して、コンピュータ１０２ａ〜１０２ｃに接続されている）、付加製造装置１０６ｂは、ネットワーク１０５を介して、コンピュータ１０２ａ〜１０２ｄに接続されている。従って、
付加製造装置１０６は、コンピュータ１０２に直接接続されてもよいし、ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２に接続されてもよいし、且つ／又は、別のコンピュータ１０２とネットワーク１０５とを介して、コンピュータ１０２に接続されてもよいことを、当業者は理解するであろう。
注意すべきは、システム１００は、ネットワーク及び１つ以上のコンピュータに関して記載されているが、本願明細書に記載の技術は、単一のコンピュータ１０２にも適用されることである。当該単一のコンピュータ１０２は、付加製造装置１０６に直接接続されてもよい。
図２は、図１におけるコンピュータの一例の機能的なブロック図を示している。コンピュータ１０２ａは、メモリ２２０とデータ通信するプロセッサ２１０、入力装置２３０、及び出力装置２４０を含む。いくつかの実施形態では、当該プロセッサは、任意のネットワークインターフェイスカード２６０とさらにデータ通信する。別々に記載されているが、コンピュータ１０２ａに関して記載された機能的なブロックが別々の構造上の部材である必要はないことが理解されるはずである。例えば、プロセッサ２１０及びメモリ２２０は、単一のチップに含まれてもよい。
プロセッサ２１０は、本願明細書に記載された機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプルグラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はこれらの適当な任意の組み合わせであり得る。また、プロセッサは、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに接続された１つ以上のマイクロプロセッサ、又はそのような他の任意の構成などの、演算装置の組み合わせとして実施されてもよい。
プロセッサ２１０は、１つ以上のバスを介して、情報を読み込む、又は情報を書き込むようにメモリ２２０に結合され得る。さらに、又は、代わりに、当該プロセッサは、プロセッサレジスタなどのメモリを含んでもよい。メモリ２２０は、プロセッサキャッシュを含み得る。当該プロセッサキャッシュは、異なるレベルが異なるキャパシティ及びアクセス速度を有するマルチレベル階層キャッシュを含む。また、メモリ２２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の揮発性記憶装置、又は非揮発性記憶装置を含み得る。当該記憶装置は、ハードドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク、フラッシュメモリ、フロッピーディスク、磁気テープ、及びＺｉｐドライブを含み得る。
また、プロセッサ２１０は、コンピュータ１０２ａの使用者から入力を受け付ける入力装置２３０と、コンピュータ１０２ａの使用者に出力を供給する出力装置２４０とに結合されてもよい。適した入力装置は、キーボード、ボタン、キー、スイッチ、ポインティングデバイス、マウス、ジョイスティック、リモートコントロール、赤外線検出器、バーコードリーダ、スキャナ、ビデオカメラ（おそらく、例えば、手のジェスチャー又は顔のジェスチャーを検出するためのビデオ処理ソフトウェアと結合されている）、動き検出器、又はマイクロフォン（おそらく、例えば、音声コマンドを検出するための音声処理ソフトウェアに結合されている）を含むが、これらに限定されない。適した出力装置は、ディスプレイ及びプリンタを含む視覚に基づく出力装置、スピーカ、ヘッドフォン、イヤホン及びアラームを含むオーディオ出力装置、付加製造装置、並びに触覚に基づく出力装置が含まれるが、これらに限定されない。
プロセッサ２１０は、ネットワークインターフェイスカード２６０にさらに結合されてもよい。ネットワークインターフェイスカード２６０は、１つ以上のデータ送信プロトコルに従ってネットワークを介して送信するために、プロセッサ２１０によって生成されたデータを準備する。また、ネットワークインターフェイスカード２６０は、１つ以上のデータ送信プロトコルに従ってネットワークを介して受信されたデータを復号する。ネットワークインターフェイスカード２６０は、送信機、受信機、又はこれらの両方を含み得る。他の実施形態では、送信機及び受信機は、別々の２つの部材であり得る。ネットワークインターフェイスカード２６０は、本願明細書に記載された機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプルグラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はこれらの適当な任意の組み合わせとして具体化され得る。
図３は、３Ｄ物体又は３Ｄデバイスを製造するためのプロセス３００を示す。図のように、ステップ３０５において、目的物のデジタル表現が、コンピュータ１０２ａなどのコンピュータを使用して設計される。例えば、２Ｄデータ又は３Ｄデータは、３Ｄ物体のデジタル表現を設計することを援助するためにコンピュータ１０２ａに入力されてもよい。続いてステップ３１０において、情報は、コンピュータ１０２ａから付加製造装置１０６などの付加製造装置に送信され、当該装置１０６は、受信した情報に従って製造プロセスを開始する。ステップ３１５において、付加製造装置１０６は、ポリマー粉体又は金属粉体などの適当な材料を用いて３Ｄ物体を製造し続ける。さらに、ステップ３２０において、３Ｄ物体が生成される。
図４Ａは、３次元（３Ｄ）物体を生成するための例示的な付加製造装置４００を示している。この例において、付加製造装置４００は、レーザー焼結装置である。レーザー焼結装置４００は、１つ以上の３Ｄ物体を層毎に生成するために使用されてもよい。例えば、レーザー焼結装置４００は、構築プロセスの一環として、目的物を構築すると同時に、層を構築するために、粉体４１４などの粉体（例えば、金属、ポリマーなど）を利用してもよい。
連続的な粉体の層は、例えば、リコート機構４１５Ａ（例えば、リコーターブレード）を使用して、互いの最上層に散布される。リコート機構４１５Ａは、例えば、図示された方向に、又は、構築物の別の層などのためにリコート機構４１５Ａが構築領域のもう一方の側から開始する場合、反対の方向に、構築領域に亘って移動しながら、層のための粉体を堆積させる。堆積後に、コンピュータ制御されたＣＯ２レーザービームは、表面をスキャンし、生成物の対応する断面の粉体粒子を選択的に互いに結合させる。いくつかの実施形態では、レーザースキャン装置４１２は、Ｘ−Ｙ移動可能赤外線レーザー源である。従って、レーザー源は、粉体の最上層の特定の位置にそのビームを導くために、Ｘ軸に沿って、及びＹ軸に沿って、移動することができる。代わりに、いくつかの実施形態では、レーザースキャン装置４１２は、静止したレーザー源からレーザービームを受け取り、移動可能なミラーを介して、それを偏光させ、当該装置の作業領域における特定の位置にビームを導く。レーザー照射のあいだ、粉体の温度は、材料（例えば、グラス、ポリマー、金属）の転移点を超えて上昇し、その後、隣接した粒子は、互いに流動し、３Ｄ物体を生成する。また、装置４００は、任意で、放射ヒーター（例えば、赤外線ランプ）、及び／又は、雰囲気制御装置４１６を含む。放射ヒーターは、新しい粉体の層のリコートと、その層のスキャンとのあいだに、粉体を予め温めるために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、放射ヒーターは、省かれてもよい。雰囲気制御装置は、例えば、粉体の酸化などの望ましくないシナリオを避けるために、プロセスの全体にわたって使用されてもよい。
いくつかの他の実施形態では、図４Ｂに関して示したように、リコート機構４１５Ｂ（例えば、レベリングドラム／レベリングローラー）が、リコート機構４１５Ａの代わりに用いられてもよい。従って、粉体容器４２８（ａ）及び４２８（ｂ）から、形成された目的物４２４を保持するリザーバ４２６に、粉体を押し出す１つ以上の移動可能なピストン４１８（ａ）及び４１８（ｂ）を使用して、粉体は分散されてもよい。また、次に、リザーバの深さは、移動可能なピストン４２０によって調整される。当該移動可能なピストン４２０は、追加の粉体が粉体容器４２８（ａ）及び４２８（ｂ）からリザーバ４２６に移動させられているあいだに、下向きの動作を介してリザーバ４２６の深さを増大させる。リコート機構４１５は、粉体容器４２８（ａ）及び４２８（ｂ）からリザーバ４２６に粉体を押し出すか、又は押し進める。
上述のように、リコート機構４１５における（例えば、リコート機構４１５Ａ内部の、又は、リコート機構４１５Ｂの前の）、粉体の量、及び／又は、粉体の温度は、図４Ｃに示された制御コンピュータ４３４及び画像化装置４３６を使用してモニターされてもよい。画像化装置４３６は、付加製造装置４００に接続するように、付加製造装置４００と一体化するように、及び／又は、付加製造装置４００から離れて位置するように、構成されてもよく、リコート機構４１５をモニターするような位置に配置されてもよい。さらに、画像化装置４３６は、固定されるように構成されてもよいし、又は、異なる位置でリコート機構４１５をモニターするために（制御コンピュータ４３４から受信された制御信号に基づくなどして）移動できるように構成されてもよい。例えば、リコート機構は、リコート機構４１５と共に移動するように構成されてもよい。制御コンピュータ４３４は、付加製造装置４００のオペレーションを制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、図２からのコンピュータ１０２（ａ）、又は、図３からのコンピュータ３０５であってもよい。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、付加製造装置４００に組み込まれたコントローラ、又は、付加製造装置４００とインターフェイスで接続するように構成されたコントローラであってもよい。制御コンピュータ４３４は、画像化装置４３６からデータ／画像を受信するように、画像化装置４３６とインターフェイスで接続するようにさらに構成されてもよい。制御コンピュータ４３４は、データ／画像を処理し、本願明細書に記載されているようにエラーが構築プロセス中に生じるか否か、又は発生するか否かを決定するようにさらに構成されてもよい。制御コンピュータ４３４は、画像化装置４３６が画像をキャプチャする時、及び、画像化装置４３６が画像をキャプチャする方法を調節するようにさらに構成されてもよい。
例えば、粉体の量、及び／又は、粉体の温度は、リコート機構４１５が目的物の構築のために十分な粉体を有しているか否かを決定するために、画像化装置４３６及び制御コンピュータ４３４によってモニターされてもよい。画像化装置４３６は、熱画像、画像、又は、そのような画像を示す他のデータを撮影し、制御コンピュータ４３４に送信してもよい。制御コンピュータ４３４は、このデータを利用して、任意のエラーが構築プロセスと共に生じるか否か、又は発生する可能性があるか否かを決定するように構成されてもよい。例えば、制御コンピュータ４３４は、キャプチャされた画像における１つ以上の特性（例えば、目的物のエッジ、熱温度の示度、熱勾配）の１つ以上の値（例えば、エッジ間の距離、温度の変化率、エッジ間の距離の変化率、１以上のピクセルにおける温度、複数ピクセルに亘る温度勾配の傾き）を計算してもよい。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、１つ以上の特性の１つ以上の値と、１つ以上の閾値とを比較し、リコート機構４１５における粉体レベルが減少する（例えば、特定の閾値レベルを下回る、又は、特定の変化率の閾値を超えて減少する）などのエラーが発生したか否か、又は、粉体温度の急激な変化などのエラーが発生したか否かを決定する。制御コンピュータ４３４は、エラーが発生するシナリオのタイプが何のタイプかをさらに決定してもよい。次に、制御コンピュータ４３４は、付加製造装置４００の特定のオペレーション（例えば、制御コンピュータ４３４は、追加の粉体が適当な供給機に供給されるように指示してもよく、又は、可聴性の警告及び／又は視覚による警告が使用者の注意を当該問題に向けさせるように指示してもよい。これにより、使用者は、例えば、閉塞を解消する、粉体を追加する、粉体の量を調整するなどの、適切な行動を取ることができる。）を指示し、上述のエラーを修正してもよい。いくつかの実施形態では、さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、１つ以上の特性の１つ以上の値を利用して、特定のオペレーションを指示してもよい（例えば、制御コンピュータ４３４は、追加の粉体が適当な供給機に供給されるように指示してもよく、又は、可聴性の警告及び／又は視覚による警告が使用者の注意を当該問題に向けさせるように指示してもよい。これにより、使用者は、例えば、閉塞を解消する、粉体を追加する、粉体の量を調整するなどの、適切な行動を取ることができる。）。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、１つ以上の特性の１つ以上の値を含む式に比例して、又は、１つ以上の特性の１つ以上の値を含む式に基づいて、オペレーションを指示してもよい。例えば、追加の粉体は、１つ以上の値に基づいて（例えば、比例して）供給されてもよい。
例えば、制御コンピュータ４３４は、リコート機構４１５における粉体の量が、広い表面が構築のためにスキャンされる場合のタイプのシナリオで減少しているか否かを決定してもよい。粉体の量がこのタイプのシナリオで減少している場合、制御コンピュータ４３４は、十分な粉体がリコート機構４１５に供給されていないと決定してもよい。従って、制御コンピュータ４３４は、追加の粉体がリコート機構４１５に供給されるように指示してもよく、又は、可聴性の警告及び／又は視覚による警告が使用者の注意を当該問題に向けさせるように指示してもよい。これにより、使用者は、例えば、粉体の量を調整する、粉体を追加するなどの、適切な行動を取ることができる。
別の例では、制御コンピュータ４３４は、リコート機構４１５における粉体の量が、リコート機構４１５が一方向のみに移動し、反対の方向に移動しない場合のタイプのシナリオで減少しているか否かを決定してもよい。粉体の量がこのタイプのシナリオで減少している場合、制御コンピュータ４３４は、供給機のうちの１つ（例えば、構築領域の一方の側において、構築領域の他方の側においてではなく）が閉塞されていること、又は空であることを決定してもよい。従って、制御コンピュータ４３４は、追加の粉体が適当な供給機に供給されるように指示してもよく、又は、可聴性の警告及び／又は視覚による警告が使用者の注意を当該問題に向けさせるように指示してもよい。これにより、使用者は、例えば、閉塞を解消する、又は、粉体を追加するなどの、適切な行動を取ることができる。
種々のシナリオでの、リコート機構４１５における粉体の量の減少、又は粉体の温度の変化（リコート機構４１５における粉体の量の減少を示している可能性がある）は、リコート機構４１５の全領域に亘って（すなわち、リコート機構４１５の移動方向に直交する、リコート機構４１５に沿った方向）発生しない可能性がある。むしろ、粉体の量の減少、又は粉体の温度の変化は、リコート機構４１５の領域に沿ったいくつかの位置だけで発生する可能性があり、これは、さらに構築エラーに導くことにより、修正を必要とする。
いくつかの実施形態では、種々のプロセス又は技術が、リコート機構４１５における粉体の量、又は粉体の温度の変化を決定するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、画像化装置４３６から制御コンピュータ４３４に送信されたデータは、リコート機構４１５の熱画像と、リコート機構４１５における粉体の熱画像とを含む。図５Ａ〜５Ｉは、上述の熱画像の例である。これらの熱画像は、リコート機構４１５における粉体の量、又は粉体の温度の変化を決定するために使用されてもよい。
いくつかの実施形態では、リコート機構４１５における粉体の量は、リコート機構４１５のエッジとリコート機構４１５における粉体のエッジとの間の距離に関する計算に基づいてモニターされてもよい。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、リコート機構４１５のエッジ５０５が熱画像において位置する場所を予め決定するように構成されるか（リコート機構４１５の画像が、既知の位置におけるリコート機構４１５と共に撮影された場合など）、又は、画像エッジ検出技術（例えば、キャニーエッジ検出（Canny edge detection）、微分エッジ検出、位相一致に基づくエッジ検出（phasecongruency-based edge detection）など）を使用するなどして、熱画像におけるリコート機構４１５のエッジ５０５を検出するように構成されてもよい。通常、エッジ５０５は、直線であり得る。
制御コンピュータ４３４は、リコート機構４１５における粉体５１０のフロントを決定するようにさらに構成されてもよい。粉体５１０のフロントは、リコート機構４１５が移動する方向の前方にある、リコート機構４１５における粉体のエッジのライン（通常、直線ではない）であってもよく、リコート機構４１５が移動する方向に最も近い、リコート機構４１５における粉体のエッジのライン（通常、直線ではない）であってもよい。また、粉体５１０のフロントは、エッジ５０５の何れにも直接、隣接しなくてもよい。粉体５１０のフロントは、画像エッジ検出技術を使用して決定されてもよい。
制御コンピュータ４３４は、粉体５１０のフロントとリコート機構のエッジ５０５との間の距離５１５を決定するように構成されてもよい。制御コンピュータ４３４は、特定のポイント（例えば、リコート機構４１５の移動に対して直交する軸に沿ったリコート機構４１５の中心、別のポイントなど）又は複数のポイント（例えば、平均、加重平均、最大距離、複数のポイントにおける距離のいくつか他の式など）における、粉体５１０のフロントとエッジ５０５との間の距離に基づいて、この距離５１５を計算してもよい。いくつかの実施形態では、制御コンピュータ４３４は、計算された距離を閾値と比較するように構成されてもよく、ここで、計算された距離が閾値を超える場合、リコート機構４１５における粉体の量が少なすぎると決定され、修正動作が必要とされる。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、計算された距離に基づいて（例えば、計算された距離に比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、計算された距離が大きくなるほど、より多くの粉体を追加する。また、計算された距離がより小さくなるほど、より少ない粉体を追加する。制御コンピュータ４３４は、時間の経過とともに（例えば、粉体リコートの各層に対して一度、１つおきの層毎に、Ｎ層毎に（ここで、Ｎは、正の整数である）、特定の時間間隔で、など）、粉体５１０のフロントとエッジ５０５との間のこの距離を計算してもよい。
さらに、追加で、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、粉体５１０のフロントとエッジ５０５との間の距離の変化が閾値を超える変化率（例えば、特定の複数の間隔にわたる、及び／又は、時間経過にともなった）で変化しているか否かを決定してもよく、リコート機構４１５における粉体の量は、高すぎる変化率で減少していると決定され、修正動作が必要とされる。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、変化率に基づいて（例えば、変化率に比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、変化率が大きくなるほど、より多くの粉体を追加し、変化率が小さくなるほど、より少ない粉体を追加する。
例えば、図５Ａ〜５Ｉは、それぞれ、目的物の構築プロセスにおける層１４〜２２に関する、リコート機構４１５の連続的な熱画像である。図のとおり、エッジ５０５と粉体５１０のフロントとの間の距離は、画像間で減少しており、これは、修正動作を必要とするエラーが存在することを意味する。
いくつかの実施形態では、リコート機構４１５における粉体の量は、リコート機構４１５における粉体の温度に関する計算に基づいてモニターされてもよい。例えば、制御コンピュータ４３４は、大きな温度変化が短い期間で発生したか否か（例えば、時間の経過に伴った温度変化が閾値レベルを超えたか否か）、及び／又は、粉体の温度が閾値レベルを超えたか否かを決定してもよい。例えば、粉体温度の大きな変化、又は、閾値を超える温度は、リコート機構４１５に供給される粉体が十分ではないことと、粉体レベルが減少していることとを示している可能性がある。これは、追加のより冷たい粉体がリコート機構４１５に追加されること（これは、粉体の全体の温度を低下し得る）なく、すでにリコート機構４１５にある粉体が構築プロセス中に加熱されることに起因する。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、温度及び／又は温度変化に基づいて（例えば、比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、温度及び／又は温度変化が大きいほど、より多くの粉体を追加し、温度及び／又は温度変化が小さくなるほど、より少ない粉体を追加する。
例えば、制御コンピュータ４３４は、熱画像の１以上のピクセルにおける温度又は熱勾配を分析するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、制御コンピュータ４３４は、リコート機構４１５の移動に対して直交するライン５２０（例えば、リコート機構４１５の移動と平行した軸に沿ったリコート機構４１５の中心で直交するライン、別のポイントのラインなど）に沿ったピクセルにおける熱勾配、画像の特定のピクセル（例えば、リコート機構４１５の中心、別のポイントなど）における温度、又は、複数ピクセルにおける温度（例えば、平均、加重平均、最大温度、複数ピクセルにおける温度のいくつか他の式など）を分析するように構成されてもよい。制御コンピュータ４３４は、計算された温度を閾値（例えば、絶対閾値、ビンにおいて予め温められた粉体の温度に関連した閾値など）と比較するように構成されてもよく、ここで、計算された温度が閾値を超える場合、リコート機構４１５における粉体の量が少なすぎると決定され、修正動作が必要とされる。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、温度に基づいて（例えば、温度に比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、温度が大きいほど、より多くの粉体を追加し、温度が低いほど、より少ない粉体を追加する。制御コンピュータ４３４は、時間経過とともに（例えば、粉体リコートの各層に対して一度、１つおきの層毎に、Ｎ層毎に（ここで、Ｎは、正の整数である）、特定の時間間隔で、など）、この温度を計算してもよい。
さらに、追加で、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、温度変化が閾値を超える変化率（例えば、特定の複数の間隔にわたる、及び／又は、時間経過にともなった）であるか否かを決定してもよく、リコート機構４１５における粉体の量は、高すぎる変化率で減少していると決定され、修正動作が必要とされる。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、温度変化に基づいて（例えば、温度変化に比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、温度が大きく変化するほど、より多くの粉体を追加し、温度が小さく変化するほど、より少ない粉体を追加する。
さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４がリコート機構４１５の移動に直交するライン５２０に沿ったピクセルにおける熱勾配を分析するように構成されている実施形態において、制御コンピュータ４３４は、当該ラインに亘る温度勾配が、閾値よりも大きい傾き（例えば、最良適合直線の傾き、ラインに沿った特定のポイントにおける傾きなど）、及び／又は、閾値よりも大きい変化率で変化する（例えば、複数の層に亘って上昇する、特定の期間にわたって上昇する、など）傾きを有しているか否かを決定してもよく、これは、リコート機構４１５における粉体の量が少なすぎると決定され、修正動作が必要とされることを示している。さらに、又は、代わりに、制御コンピュータ４３４は、当該傾き及び／又は当該変化率に基づいて（例えば、比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加する）を指示するように構成されてもよい。例えば、傾き及び／又は変化率が大きいほど、より多くの粉体を追加し、傾き及び／又は変化率が小さいほど、より少ない粉体を追加する。
例えば、図６Ａ〜６Ｍの各図は、リコート機構５１５の熱画像におけるライン５２０に沿った温度勾配のプロットを示す。当該プロットのＸ軸は、ライン５２０に沿ったポイントを示し、当該プロットのＹ軸は、温度を示す。図６Ａに示されるように、温度勾配を示す、ライン６１０で全体的に上昇する傾きはない。一連の図６Ｂ、Ｃ、Ｄなどの各図は、目的物の構築における連続的な層に関する、ライン５２０に沿った温度勾配を示す。図のとおり、傾きは、ライン６１０で上昇し始める。これは、リコート機構４１５における低い粉体レベルを伴った問題を示し、修正動作を必要とするエラーが存在することを意味する。
図７は、画像化装置４３６に接続された制御コンピュータ４３４が、付加製造装置４００を用いて、目的物の構築中に、リコート機構４１５における粉体をモニターし得るプロセスを示す。プロセス７００は、ブロック７０２から開始し、ブロック７０２において、画像化装置４３６（例えば、制御コンピュータ４３４によって制御された）は、目的物における所定の層の構築に関連した時間に、リコート機構４１５における粉体の画像（例えば、熱画像）をキャプチャする。次に、ブロック７０４において、当該画像に基づいた（及び、必要に応じて、変化率の計算などのために、構築プロセスにおける前回の層に関する、前回にキャプチャされた１つ以上の画像に基づいた）１つ以上の特性の１つ以上の値を計算する。さらに、選択ブロック７０６において、閾値との比較を実行する実施形態では、１つ以上の特性の１つ以上の値を、それぞれ、各閾値と比較する。閾値との比較を実行しない実施形態では、プロセスは、直接、ブロック７０４からブロック７０８に続く。ブロック７０６において、当該比較はエラーが発生したことを示していると決定した場合（例えば、任意の１つ以上の特性の１つ以上の値がその各閾値を上回る／下回る（当該計算を実行する方法による））、プロセスは、ブロック７０８に続く。それ以外の場合、プロセス７００は、ブロック７１０に続く。ブロック７１０において、目的物に対して構築すべき追加の層が存在するか否かを決定する。構築すべき追加の層が存在する場合、プロセスは、ブロック７０２に戻り、それ以外の場合、プロセスは終了する。
ブロック７０８において、閾値との比較を実行する形態では、制御コンピュータ４３４は、ブロック７０６で決定されたエラーに基づいた修正動作（例えば、制御コンピュータ４３４は、追加の粉体が適当な供給機に供給されるように指示するか、又は、可聴性の警告及び／又は視覚による警告が使用者の注意を当該問題に向けさせるように指示してもよい。これにより、使用者は、例えば、閉塞を解消する、粉体を追加する、粉体の量を調整するなどの、適切な行動を取ることができる。）を決定し、実行する。必要に応じて、ブロック７０８において、制御コンピュータ４３４は、エラーが発生したシナリオのタイプ（制御コンピュータ４３４によって決定されてもよい）に基づいて、修正動作をさらに決定してもよい。閾値との比較を実行しない実施形態では、ブロック７０８において、制御コンピュータは、１つ以上の値に基づいて（１つ以上の値に比例して）、オペレーション（例えば、粉体の量を追加するなどの修正動作を行う）を指示してもよい。次に、プロセス７００は、ブロック７１０に進んでもよい。
本願明細書に開示された種々の実施形態は、コンピュータ制御システムの使用を規定する。当業者は、汎用コンピューティングシステム環境若しくは構成、及び／又は、専用コンピューティングシステム環境若しくは構成、の両方を含む非常に多くの種々のタイプのコンピューティングデバイスを使用して、これらの実施形態を実行してもよいことを容易に理解するであろう。上述の実施形態に関連した使用に適している可能性のある、既知のコンピューティングシステム、コンピューティング環境及び／又はコンピューティング構成の例は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、携帯用デバイスまたはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサに基づいたシステム、プログラマブルコンシューマエレクトロニクス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステム又はデバイスの何れかを含む分散コンピューティング環境などを含んでもよいが、これらに限定されない。これらのデバイスは、保存された指示を含んでもよく、当該指示は、コンピューティングデバイスにおけるマイクロプロセッサによって実行された場合、当該指示を実行するために、コンピュータデバイスに特定の動作を行わせる。本願明細書で用いられるように、指示は、システムにおいて情報を処理するための、コンピュータによって実行されるステップを示す。指示は、ソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアにおいて実行され、システムの構成要素によって引き受けられた任意のタイプのプログラム化されたステップを含み得る。
マイクロプロセッサは、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）Ｐｒｏプロセッサ、８０５１プロセッサ、ＭＩＰＳ（登録商標）プロセッサ、ＰｏｗｅｒＰＣ（登録商標）プロセッサ、又はＡｌｐｈａ（登録商標）プロセッサなどの、任意の従来の汎用シングルチップマイクロプロセッサ又は汎用マルチチップマイクロプロセッサであってもよい。さらに、マイクロプロセッサは、デジタルシグナルプロセッサ又はグラフィックプロセッサなどの、任意の従来の専用マイクロプロセッサであってもよい。マイクロプロセッサは、通常、従来のアドレスライン、従来のデータライン、及び１つ以上の従来の制御ラインを有する。
本願明細書に開示された発明の態様及び実施形態は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はこれらの任意の組み合わせを生成する標準プログラミング又は標準エンジニアリング技術を用いた方法、装置又は製品として実施されてもよい。本願明細書で使用される「製品」は、光学記憶装置などのハードウェア又は非一過性コンピュータ読み取り可能媒体、及び揮発性メモリ又は不揮発性メモリ、信号、搬送波などの一過性コンピュータ読み取り可能媒体において実装されるコード又はロジックを示す。そのようなハードウェアは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、複合プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、マイクロプロセッサ、又は他の類似の処理装置を含むが、これらに限定されない。
図１は、３Ｄ物体を設計及び製造するためのシステムの例である。 図２は、図１に示されたコンピュータの一例の機能的なブロック図を示す。 図３は、使用する３Ｄ物体を製造するための高レベルプロセスを示す。 図４Ａは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従ってモニターされ得るリコート機構を有する付加製造装置の例である。 図４Ｂは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従ってモニターされ得るリコート機構を有する付加製造装置の別の例である。 図４Ｃは、本願明細書に開示されたシステム及び方法に従って使用され得る、図４Ａ及び／又は図４Ｂの付加製造装置４００の部材の例である。 図５Ａは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｂは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｃは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｄは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｅは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｆは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｇは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｈは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図５Ｉは、図４Ａにおけるリコート機構の熱画像の例である。 図６Ａは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｂは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｃは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｄは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｅは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｆは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｇは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｈは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｉは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｊは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｋは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｌは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図６Ｍは、図４Ａのリコート機構の熱画像におけるラインに沿った熱勾配のプロットの例である。 図７は、画像化装置に接続された制御コンピュータがリコート機構における粉体をモニターするプロセスを示すフローチャートである。

Claims (20)

  1. 付加製造環境におけるリコート機構をモニターするためのシステムであって、
    メモリ及びプロセッサを有する１つ以上のコンピュータを備えているコンピュータ制御システムを含み、
    上記コンピュータ制御システムは、
    熱画像をキャプチャするように構成された画像化装置から、リコート機構の熱画像に基づいたデータを受信し、
    上記熱画像の特性の値であって、当該特性が上記リコート機構における粉体の量に関連した上記値を決定し、
    上記値が上記リコート機構における粉体の量に関連したエラーを示しているか否か、及び、上記値に基づいて上記リコート機構に関して実行する動作、のうちの少なくとも１つを決定するように構成されている、システム。
  2. 上記熱画像化装置をさらに備え、
    上記熱画像化装置は、赤外線カメラを備えている、請求項１に記載のシステム。
  3. 上記特性は、上記リコート機構のエッジ及び上記粉体のフロント、１以上のピクセルにおける熱温度、並びに、熱勾配、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
  4. 上記値は、上記リコート機構のエッジと上記粉体のフロントとの間の距離、上記エッジと上記フロントとの間の距離の変化率、１以上のピクセルにおける温度、温度の変化率、及び、１以上のピクセルに沿った温度勾配の傾き、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
  5. 上記動作は、上記リコート機構に付加する粉体の付加量であり、
    上記コンピュータ制御システムは、上記値に基づいた上記付加量を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  6. 上記コンピュータ制御システムは、上記値を閾値と比較し、上記値がエラーを示しているか否かを決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  7. 上記コンピュータ制御システムは、上記比較がエラーを示している場合、可聴性の警告、及び視覚による警告、のうちの少なくとも１つを発するようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
  8. 上記コンピュータ制御システムは、上記比較が上記エラーを示している場合、追加の粉体が上記リコート機構に付加されるように、指示するようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
  9. 上記コンピュータ制御システムは、上記比較が、上記エラーが発生したシナリオのタイプに基づいて上記エラーを示している場合、修正動作を決定するようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
  10. 上記シナリオのタイプは、広い表面が構築のためにスキャンされるシナリオである、請求項９に記載のシステム。
  11. 付加製造環境におけるリコート機構をモニターする方法であって、
    熱画像をキャプチャするように構成された画像化装置から、リコート機構の熱画像に基づいたデータを受信することと、
    上記熱画像の特性の値であって、当該特性が上記リコート機構における粉体の量に関連した上記値を決定することと、
    決定された上記値が上記リコート機構における粉体の量に関連したエラーを示している場合、決定された上記値に基づいて上記リコート機構に関して実行する動作を選択することと、を含む、方法。
  12. 熱画像化装置を用いて、上記リコート機構の熱画像をキャプチャすることをさらに含み、
    上記熱画像化装置は、赤外線カメラを備えている、請求項１１に記載の方法。
  13. 上記熱画像の上記特性は、上記リコート機構のエッジ及び上記粉体のフロント、１以上のピクセルにおける熱温度、並びに、熱勾配、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 決定された上記値は、上記リコート機構のエッジと上記粉体のフロントとの間の距離、上記エッジと上記フロントとの間の距離の変化率、１以上のピクセルにおける温度、温度の変化率、及び、１以上のピクセルに沿った温度勾配の傾き、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 選択された上記動作は、上記リコート機構に付加する粉体の付加量であり、
    決定された上記値に基づいた上記付加量を決定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 決定された上記値を閾値と比較し、決定された上記値がエラーを示しているか否かを決定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  17. 上記比較がエラーを示している場合、可聴性の警告、及び視覚による警告、のうちの少なくとも１つを発することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. エラーが発生したと上記比較によって決定した場合、追加の粉体が上記リコート機構に付加されるように指示することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  19. エラーが発生したシナリオのタイプに基づいて当該エラーが生じたと、上記比較によって決定した場合、修正動作を決定することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 上記シナリオのタイプは、広い表面が成形のためにスキャンされるシナリオである、請求項１９に記載の方法。
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