JP2018522753A - 三次元物体を生成的に製造するための装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも一つのレーザ・ビーム（５）を使用して硬化可能な造形材料（３）から成る造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、三次元物体物体（２）を生成的に製造するための装置（１）において、硬化可能な造形材料（３）から成る個々の造形材料層を選択的に層ごとに硬化させるための少なくとも一つのレーザ・ビーム（５）を生成するための、少なくとも一つのデバイス（４）を含み、前記デバイス（４）は、選択的に硬化対象である、または硬化された造形材料層が構成されている造形平面（９）の直上に配置可能な、または配置された、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）が含まれており、前記レーザ・ダイオード素子（１０）が、前記造形平面に直接向けられたレーザ・ビーム（５）を生成するように設けられおり、および／または、前記デバイス（４）は、該装置（１）の造形チャンバ（８）の外部に配置された少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）を含み、および、選択的に硬化対象である、または硬化された造形材料層が構成されている造形平面（９）の直に配置可能な、または配置された、該装置（１）の前記造形チャンバ（８）の外部に配置された前記レーザ・ダイオード素子（１０）に光結合された、少なくとも一つの光学素子（２７）を含み、前記光学素子（２７）は、前記レーザ・ダイオード素子（１０）により生成されるレーザ・ビーム（５）を直接前記造形平面（９）に向けて偏向するように設けられている。

Description

本発明は、少なくとも一つのレーザ・ビームを使用して硬化可能な造形材料から成る造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、三次元物体を生成的に製造するための装置であって、硬化可能な造形材料から成る個々の造形材料層を選択的に層ごとに硬化させるための少なくとも一つのレーザ・ビームを生成するための、少なくとも一つのデバイスを含む装置に関する。

そのような装置は、それ自体としては、三次元物体を生成的に製造するためのものとして知られている。それぞれの当該装置を使用して、それぞれ製造対象である物体のそれぞれの断面領域に相当している領域内の、造形平面に塗布されたエネルギ・ビームまたはレーザ・ビームを使用して硬化可能な材料から成る造形材料層を、連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、製造対象である三次元物体は生成的に造形される。硬化対象である造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させる工程は、それぞれ製造対象である三次元物体の幾何デザインを、すなわち特に層に関する断面ジオメトリを記述している造形データに基づいて行われる。

それぞれの当該レーザ・ビームを生成するために、何らかのレーザ・ビーム生成デバイスが使用されるが、これは、典型的には、この装置に付属する造形チャンバまたはプロセス・チャンバの外部に配置されている。当該レーザ・ビーム生成デバイスを介して生成されるレーザ・ビームは、「スキャナ」とも呼ばれるビーム偏向デバイスを介して、選択的に硬化対象である造形材料層に向け誘導される。

それぞれの当該装置のこのコンフィギュレーションは、特にそれらのプラント・エンジニアリング上の構成を考慮すると比較的コスト高であり、その限りにおいてさらなる改良発展が必要な構成となっている。

本発明は、特にレーザ・ビームを生成するためのデバイスの構成が、プラント・エンジニアリング上比較的シンプルなものとなるように考慮して、三次元物体を生成的に製造するための改良された装置を提示することを課題として成されたものである。

この課題は、請求項１に従った装置により解決される。それぞれの従属クレームは、本装置の特殊実施形態に関するものである。この課題はさらに、請求項２２に従った方法によっても解決される。

ここに説明される装置は、一般には少なくとも一つの三次元物体を、すなわち、例えば技術部品を、または技術部品群を、少なくとも一つのデバイスにより生成される少なくとも一つのレーザ・ビームを使用して、硬化可能な造形材料から成る個々の造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、追加的または生成的に製造するために利用されるものである。本装置は、選択的レーザ溶融方法または選択的レーザ焼結方法を実行するための装置であり得る。

硬化対象である造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させる工程は、物体関連の造形データに基づいて行われる。当該造形データは、一般には、それぞれ生成的に製造されることになる三次元物体（以下省略して「物体」と呼ぶ）の幾何デザインまたは幾何構造のデザインが記述される。当該造形データは、例えば製造対象である物体のＣＡＤデータ、またはそのようなものがこれに包含されてもよい。

本装置には、生成的な造形プロセスを実行するために典型的に必要となる機能構成要素が、すなわち、特に、造形材料から成る、すなわち特に粉末状の金属材料、プラスチック材料、および／またはセラミクス材料から成る個々の造形材料層を、連続して層ごとに選択的に硬化させるためのレーザ・ビームを生成するための、略して「デバイス」と呼ばれるレーザ・ビーム生成デバイス、および、造形平面内に硬化対象である造形材料層を構成するための、コーティング・デバイスが含まれる。造形平面は、典型的には（垂直方向に）運動可能に支承される、キャリヤ・デバイスのキャリヤ要素の表面であるか、または、既に硬化された造形材料層であり得る。一般には造形平面内に、選択的に硬化対象である、または選択的に硬化された、造形材料層が構成されている。

デバイスには、造形平面に直接向けられたレーザ・ビームを生成するように設けられた、造形平面の直上に配置可能な、または配置された、少なくとも一つの、すなわち典型的には複数のレーザ・ダイオード素子が含まれてもよい。この、またはこれらのレーザ・ダイオード素子は、ここでは典型的に、内部で生成的な造形工程が実行される、本装置に付属する造形チャンバまたはプロセス・チャンバの内部に配置されている。

その代わりに、または加えて、デバイスには、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子に（光）結合されている、造形平面の直上に配置可能な、または配置されている少なくとも一つの、すなわち典型的には複数の光学素子であって、このレーザ・ダイオード素子により生成されるレーザ・ビームを造形平面に直接向けて偏向するように設けられている、光学素子が含まれてもよい。この、またはこれらのレーザ・ダイオード素子は、ここでは典型的に、生成的な造形工程が実行される、本装置に付属する造形チャンバまたはプロセス・チャンバの外部に配置されている。光学素子は、レーザ・ビームを造形平面上に集束するための、一つまたは複数の光学レンズ素子から成る集光光学系として構成されたものであるか、少なくとも一つのそのようなものが含まれてもよい。光学素子とレーザ・ダイオード素子との間の（光）結合は、例えば一つまたは複数のガラス繊維ケーブルの形態をとる光導波素子を介して行われる。当然ながら、少なくとも一つの光学素子を複数のレーザ・ダイオード素子と結合したり、または少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子を複数の適切なビーム・スプリッタ素子を介して複数の光学素子と結合したりすることも可能である。

これらのレーザ・ダイオード素子がどう配置されるのか、またそれに対応して、結合される光学素子がどう備えられるのかに関係なく、デバイスを介して生成されるレーザ・ビームは、典型的に、造形平面の面に関して約９０°の一定の角度で造形平面に当たるようになっている。その限りにおいて、このデバイスは、レーザ・ビームを、またはレーザ放射線を生成するためにレーザ・ダイオード素子が含まれることから、「ダイオード・レーザ」と呼ぶまたは見なすことができる。レーザ・ダイオード素子とは、レーザ放射線を生成するように設けられた半導体素子であると解釈することができる。レーザ・ダイオード素子を介して生成可能なレーザ・ビームの特性、すなわち特に光学特性、すなわち、例えば波長は、何よりも特に導入される一つまたは複数の半導体材料により決まることになる。デバイスに付属するこれらのレーザ・ダイオード素子により、例えば０．１から１０ワットの間の範囲内のレーザ放射出力が生成され得る；当然ながらこれについてはそれよりも高いおよび／または低い例外も考えられる。

デバイスに付属するこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、造形平面の直上に配置されている；これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子と造形平面との間には、それ以外の部品が一つもない、特にオプティカル・マスク部品が一つもないのが典型的である。それに応じて、これらのレーザ・ビームは、造形平面に直接向けられて、造形平面に直接当たるようになっている。ビーム偏向デバイスを介してこれらのレーザ・ビームを偏向する必要はない。

全体として、ここに説明される三次元物体を生成的に製造するための装置により、プラント・エンジニアリング上簡素化された構成がもたらされる；したがって、三次元物体を生成的に製造するための、一段と改良された装置が提供されることになる。

このデバイスには、前述のように複数の、すなわち複数個の、レーザ・ダイオード素子または光学素子が含まれてもよい。これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子により、造形平面の少なくとも一つの部分、場合によっては造形平面の面全体を完全に覆われてもよい。造形平面は、典型的にはある特定の面積、例えば四角形の面積により定義することができる。したがってこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、造形平面の全（表）面積の少なくとも一つの部分、すなわち部分（表）面積と直接向き合っていることになる。当然ながらこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子が向き合っている造形平面の部分または部分面積は、複数の面同士で互いにつながり合ったものでも、つながり合っていないものでもかまわない。当該レーザ・ダイオード素子または光学素子を介して面全体を覆われている造形平面の部分については、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子に、造形平面に対する機械的な運動を余儀なくさせる必要なく、選択的に照射することができる。この選択的照射は、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御を狙い通りに行うことによって、特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成することにより行われる。

その限りにおいて、造形平面の面全体がこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子により完全に覆われることによって、原則的に、造形平面に対するデバイスの運動を不要として、造形平面の部分を問わず、造形平面の面全体を、選択的に照射することができるようにすることは、好適であり得る。これは、造形平面の選択的照射のために、生成されるレーザ・ビームを偏向するためのビーム偏向デバイス、および／またはレーザ・ビーム生成デバイスを運動させるための何らかの運動メカニズムが典型的に含まれる従来型の装置に対して特段の長所であると言える。従来型の装置のこれらのデバイスまたはそれらに付属するメカニズムは、設計構造が複雑である上に、高精度照射工程の実現性に鑑みると、往々にして問題となっている。ほかにも従来型の装置に対して、レーザ・ビーム生成デバイスの運動に帰すことができる装置の「非生産時間」を低減または回避することができる点で有利である。

デバイスのこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、基本的には互いに対して空間配置方式で配置可能である、または配置されている。これらのレーザ・ダイオード素子、または、本装置との関連で存在しているレーザ・ダイオード素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数のレーザ・ダイオード素子、ないしは、これらの、または光学素子、または、本装置との関連で存在している、または光学素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数の、または光学素子は、少なくとも一つの共通の（典型的には造形平面に対して平行に位置する）平面内に行状および／または列状に配置されてもよい。レーザ・ダイオード素子または光学素子が互いにつながり合った行および列の中にある配置方式は、「マトリクス状の配置」、略して「マトリクス」と呼ぶことができる。したがってマトリクスは、（それぞれ）少なくとも二つのレーザ・ダイオード素子または光学素子から成る少なくとも一つの行、典型的には複数の平行に配置される行、および、（それぞれ）少なくとも二つのレーザ・ダイオード素子または光学素子から成る少なくとも一つの列、典型的には複数の平行に配置される列から成っている。レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包する当該列は、レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包する当該行に対して、一定の角度、特に直角を成して延びており、またその逆も然りである。レーザ・ダイオード素子または光学素子のマトリクス状の配置方式は、例えば液晶表示デバイス（「ＬＣＤディスプレイ」）に備えられるようなピクセル・ラスタに相当するものであるとよい；この場合は個々のレーザ・ダイオード素子または光学素子が、当該液晶表示デバイスのピクセルに相当することになる。

ここで言及しておくが、基本的にレーザ・ダイオード素子は、特定の放射特性を持つレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、再び液晶表示デバイスの原理にならって、個別に、またはグループに分けて、動作制御可能である、すなわち、特にアクティブ化可能であるおよび／または非アクティブ化可能であり得る。レーザ・ダイオード素子をアクティブ化または非アクティブ化するとは、このレーザ・ダイオード素子の通電を示すものであると解釈することができる；このレーザ・ダイオード素子のアクティブ化または非アクティブ化は、アクティブ化状態においては、通電されてレーザ・ビームを生成し、非アクティブ化状態においては、通電されることなくレーザ・ビームも一切生成しない。レーザ・ダイオード素子のアクティブ化または非アクティブ化は、このレーザ・ダイオード素子を介して生成可能な、または生成されるレーザ・ビームが、このレーザ・ダイオード素子がアクティブ化状態にあるときには、例えばこのレーザ・ダイオード素子の運動、特に旋回により、造形平面に向けられており、また、このレーザ・ダイオード素子が非アクティブ化状態にあるときには、造形平面から遠ざかる方に向けられている、と解釈することができる。それと同様に光学素子もまた、造形平面に向けられており、また、造形平面から遠ざかる方に向けられてもよい。

当該レーザ・ダイオード素子または光学素子の上述の共通平面内への配置方式以外にも、これらのレーザ・ダイオード素子、または、本装置との関連で存在しているレーザ・ダイオード素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数のレーザ・ダイオード素子、ないしは、これらの光学素子、または本装置との関連で存在している光学素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数の光学素子は、複数の（典型的には造形平面に対して平行に位置する）平面に分けて上下に重ねて配置されてもよい。レーザ・ダイオード素子または光学素子を、複数の平面に分けて上下に重ねる配置方式により、当該レーザ・ダイオード素子または光学素子の、非常にコンパクトな、場合によっては互いに入り組んだ配置方式がもたらされることになる。当然ながらこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子を複数の平面に分けて上下に重ねるこの配置方式は、それぞれのレーザ・ビームを造形平面に直接向けることができるように、選択されている。上下に重なり合うように位置しているそれぞれの平面に分けて配置されるこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、典型的には互いに対して特定の空間オフセットを生じる位置に配置されている。それにより、上側の平面内に配置されている、レーザ・ダイオード素子により生成されるレーザ・ビームは、下側の平面内に配置されている素子には当たらずに、それよりもむしろ、例えば、下側の平面内に直に隣り合わせて配置されているレーザ・ダイオード素子および／または光学素子の間に設けられる、ギャップ、ボア、またはそれ以外の開口部の形態をとるクリアランスを通り抜けて、造形平面に当たるようになっている。それと同様に、上側の平面内に配置されている、光学素子で偏向されるレーザ・ビームは、いずれか一つの下側の平面内に配置されている光学素子には当たらずに、むしろ例えば、下側の平面内に直に隣り合わせて配置されているレーザ・ダイオード素子および／または光学素子の間に設けられるギャップ、ボア、またはそれ以外の開口部の形態をとるクリアランスを通り抜けて、造形平面に当たるようになっている。

レーザ・ダイオード素子または光学素子が、平面内に配置されるのか、それとも上下に重なり合うように位置している複数の平面に分けて配置されるのかに関係なく、これらのレーザ・ダイオード素子、または本装置との関連で存在しているレーザ・ダイオード素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数のレーザ・ダイオード素子、ないしは、これらの光学素子、または本装置との関連で存在している光学素子の合計数の内の一部の量であるという意味での、複数の光学素子は、製造対象である物体の、場合によっては断面に関する、外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、配置可能であるか、または配置されてもよい。レーザ・ダイオード素子または光学素子の互いに対する空間配置方式が基本的に任意であるという前述の態様によって、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子の配置により、製造対象である物体の、外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を照射することが可能となるように、レーザ・ダイオード素子または光学素子を、この製造対象である物体の特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して配置することかができる。これは、製造対象である物体の幾何デザインに関係なく言えるが、なぜならば、製造対象である物体の、特に断面に関する空間寸法諸元の最大値または最小値が、レーザ・ダイオード素子または光学素子によって覆われるように、この製造対象である物体の幾何デザインを考慮して、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子の配置方式を定めることができるからである。

以下で、表面または内部にレーザ・ダイオード素子または光学装置を配置可能な好適な保持デバイスとの関係で説明するように、製造対象である物体の特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされているグループに分けて、レーザ・ダイオード素子または光学装置を配置できるようにする、またはこれらが配置されるようにすることが可能である。当然ながら事前にコンフィギュレーションされているグループが、レーザ・ダイオード素子と光学素子とを含むこともできる。製造対象である物体が、例えば三角形状の断面を有する場合は、レーザ・ダイオード素子を内包する事前にコンフィギュレーションされているグループは、当該三角形状に配置されたレーザ・ダイオード素子を有することになる。それと同様に、光学素子を内包する事前にコンフィギュレーションされているグループも、当該三角形状に配置された光学素子を有することになる。生成的な造形工程で幾何デザインが異なる複数の物体を製造することができるために、当然ながらレーザ・ダイオード素子または光学素子を内包する事前にコンフィギュレーションされている、複数の異なるグループが存在していてもよい。

個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子は、これを介して生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、特にそれらの入力パワーおよび／または出力パワーにおいて、可変であり得る。それにより個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子は、一種の調光式ＬＥＤに類似して「調光式」であり得る。それに応じて、放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて可変であるレーザ・ダイオード素子を介して、例えばその入力パワーおよび／または出力パワーの変化を通じて、異なる放射特性、すなわち、例えば異なるエネルギ密度、強度等を持つ、レーザ・ビームを生成することができる。放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて相応に可変であるレーザ・ダイオード素子がある場合は、それにより、複数のレーザ・ビームが同時に生成されるときには、特定の全放射エネルギ断面を構成することができる。例えば複数のレーザ・ダイオード素子または光学素子を列状に配置し、特定の幾何学的形状を持つ全放射エネルギ断面がもたらされるように、これらのレーザ・ダイオード素子が動作制御されるか、またはそれぞれの出力パワーが変化されると想定されたい；ガウス波形状の全放射エネルギ断面を得るために、中央に配置されるレーザ・ダイオード素子または光学素子には、側縁部に配置されるレーザ・ダイオード素子または光学素子と比較して、より高いパワーが供給される。当然ながら、ガウス波形状の全放射エネルギ断面、というのは、あくまでも例示的なものとして解釈するべきであり、基本的にレーザ・ダイオード素子を相応に動作制御することによって、平面的または空間的な幾何形状が任意である全放射エネルギ断面を生成することができる。

これらを介して生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて可変である、複数のレーザ・ダイオード素子、または、そのような複数のレーザ・ダイオード素子に結合された複数の光学素子を行状または列状に配置することによってさらに、これらのレーザ・ダイオード素子が動作制御される、または、それらの出力パワーにおいて変化できるようにすることを可能にし、行状または列状に配置されるこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子に沿った波面に対応して、造形平面に沿って、場合によっては行ったり来たりしながら運動可能な、または運動する、全放射エネルギ断面が、つまり動的な全放射エネルギ断面をもたらすことを可能にする。そのためにこれらのレーザ・ダイオード素子の動作制御は、英数字記号をスクロール表示するための、複数のＬＥＤから成るＬＥＤ表示板に類似して行われる。これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、ＬＥＤ表示板に付属するそれぞれのＬＥＤに相当する。全放射エネルギ断面は、上記で説明したようにこれらのレーザ・ダイオード素子を動作制御することによって、特定の幾何学的形状を有してもよい、すなわち、例えばガウス波形状に構成されるとよい。

当然ながらこれらの原理は、複数のレーザ・ダイオード素子または光学素子のマトリクス状の配置方式にも転用することができる。その場合は、最低でも部分的に同一の、類似の、または異なる断面プロファイルを持つ、不動型または運動型の全放射エネルギ断面を、一般には、空間的な幾何形状が任意である全放射エネルギ断面を、実現することができる。

一般に個別の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子は、これらを介してそれぞれ生成することができるレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、異なるものであってもかまわない。したがって、それぞれ生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、すなわち、例えばそれらの入力パワーおよび／または出力パワーにおいて異なっている、レーザ・ダイオード素子によっても、最低でも部分的に同一の、類似の、または異なる断面プロファイルを持つ、特定の平面的または立体的な全放射エネルギ断面を構成することを実現することができる。例えば再度、レーザ・ダイオード素子を介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて異なっている、複数のレーザ・ダイオード素子が、行状または列状に配置されており、特定の幾何学的形状を持つ全放射エネルギ断面がもたらされるように、これらのレーザ・ダイオード素子が配置されていると想定されたい；ガウス波形状の全放射エネルギ断面の場合は、中央に配置されるレーザ・ダイオード素子が、側縁部に配置されるレーザ・ダイオード素子と比較して、より高い出力パワーを有することになる。当然ながらここでも、ガウス波形状の全放射エネルギ断面というのは、あくまでも例示的なものとして解釈するべきであり、基本的には、これらのレーザ・ダイオード素子を介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて異なっている、レーザ・ダイオード素子を相応に配置することによって、平面的な幾何形状が任意である全放射エネルギ断面を生成することができる。当然ながら、類似のことは複数の光学素子を行状または列状に配置することにも言える。

相応に異なっているレーザ・ダイオード素子を介して生成可能なレーザ・ビームにより、ほかにも様々な機能を、すなわち特に（いずれ）硬化対象である造形材料層の事前調温および／または既に硬化された造形材料層の事後調温を実現することができる。例えば、少なくとも一つの第１のレーザ・ダイオード素子が、場合によっては第１のレーザ・ダイオード素子から成るグループが、硬化対象である造形材料層を硬化させるためのレーザ・ビームを生成するように設けられ、さらに、少なくともさらにもう一つのレーザ・ダイオード素子が、場合によってはさらに別のレーザ・ダイオード素子から成るグループが、硬化対象である造形材料層の事前調温のためのレーザ・ビームを生成するように、および／または、既に硬化された造形材料層の事後調温のためのレーザ・ビームを生成するように、設けられてもよい。造形材料層を硬化させるために生成されるレーザ・ビームは、典型的に、硬化対象である、または既に硬化された造形材料層の事前調温または事後調温のためのものよりも、高いエネルギ（密度）を有している。

既に言及したが、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、好適には、保持デバイスに配置可能であるものか、配置されたものであり得る。いずれかのそのような、典型的にはフレーム状の保持デバイスには、事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションが一定数含まれており、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子または少なくとも一つの光学素子を、この配置ポジションまたはその内部に配置できる。いずれかのそのような保持デバイスは、任意の基本形状を有してもよい。この保持デバイスのこの基本形状は、典型的には装置の造形チャンバまたはプロセス・チャンバの内部にこの保持デバイスを問題なく配置可能であるように量定されている。

これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、そのような保持デバイスの内部の、事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションのところで、（損傷なし、または破壊なしで）取り外すことが可能であり、必要に応じてそこに配置可能である、またはそこに配置されてもよい。取外し可能な接続により、いずれかのレーザ・ダイオード素子またはいずれかの光学素子が故障した場合では、この故障したレーザ・ダイオード素子または光学素子を問題なく保持デバイスから取り出して交換することができるために、好都合であり得る。

これとの関係では、故障しているレーザ・ダイオード素子または故障している光学素子を検出するための、検出デバイスを備え、故障したレーザ・ダイオード素子または故障した光学素子が検出されると、例えば故障したレーザ・ダイオード素子または故障した光学素子に関する情報が、音および／または光により出力されるようにすると好都合であり得る。この情報には、技術スペック、例えば故障したレーザ・ダイオード素子または光学素子の型式、故障の正確な種類、保持デバイスの表面または内部における故障したレーザ・ダイオード素子もしくは光学素子の配置方式またはポジション等に関するデータが包含されてもよい。さらにその上に、故障したレーザ・ダイオード素子または故障したそれぞれの光学素子を半自動化方式または全自動化方式で交換するために、この検出デバイスと協働する交換デバイスも考えられるが、それにより本装置を、半自動化方式または全自動化方式により、レーザ・ダイオード素子または光学素子の全数を常時完備した状態とすることができる。当該交換デバイスには、交換作業の枠内でそれぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子を掴むための、一定数のグリッパ要素が含まれる。この交換デバイスは、例えば単軸または多軸のロボット・デバイスとして構成されたものであるか、または少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。

保持デバイスの事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに、それぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子を必要に応じて配置することにより、製造対象である物体の、場合によっては断面に関する、外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされているグループに分けて、必要に応じて保持デバイスの事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに、それぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子を配置できるようにする、またはこれらが配置されているようにすることが可能である。すなわち、特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を持つ物体の生成的な製造との関係で、互いに対して特定の空間配置をとるように配置されたレーザ・ダイオード素子または光学素子から形成される、事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包する少なくともグループを準備して、これを、この物体の生成的な製造を実行するために、保持デバイスに接続し、すなわち、例えば保持デバイスにはめ込んで、この物体の製造後に保持デバイスから取り出すか、または、続いて、別の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を持つ、別の物体を製造するために、この別の物体のこの外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包する別のグループと交換することが可能となる。

それぞれ事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包するグループは、基本的に、特定の幾何デザインを有する、すなわち特に特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を有する物体に帰属させることができる、または帰属している。それぞれ事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子または光学素子を内包するグループは、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子の配置方式を維持しながら、貯蔵装置の中に（中間）貯蔵されて、これらに帰属しているそれぞれの物体を生成的に製造するために、いくらでも好きなだけ使用することが可能である。当然ながら、事前にコンフィギュレーョンされているレーザ・ダイオード素子または光学素子を内包するグループについては、別の物体の幾何デザインを考慮して、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子または光学素子を、活字ケースのように配置し直すことによって、そのコンフィギュレーションを変更することも可能である（「活字ケース原理」）。

これらのレーザ・ダイオード素子を保持デバイスの表面または内部に配置するために、保持デバイスには、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子または光学素子を受け入れるための、一定数の受入れ手段が含まれてもよい。受入れ手段の個数は、典型的には少なくともデバイスのレーザ・ダイオード素子または光学素子の個数と等しくなっている。これらの受入れ手段には、レーザ・ダイオード素子または光学素子に配置または構成される、対応する相方の接続要素と協働して、これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子と保持デバイスとの、（位置が）安定した、（損傷なし、または破壊なしで）取外し可能な、または取外し不能な接続部を構成する、複数の特定の接続要素が含まれてもよい。当該接続要素と当該相方の接続要素とのこの協働を利用して、例えば形状同士の係合および／または摩擦係合による接続部が作製されてもよい；これらの接続要素は、例えば形状同士の係合要素および／または摩擦係合要素、すなわち、例えば、ホゾまたはこれに対応したホゾ穴といった差込み要素、および／または、係止用の突起／スナップ・オン式の突起またはこれに対応するリセスといった係止要素／スナップ・オン式要素、および／または、ネジやボルト類またはこれに対応するネジ穴やボルト穴といったネジ／ボルト要素等として、構成されたものであり得る。相方の接続要素は、これに対応する形状同士の係合要素および／または摩擦係合要素として構成されたものであるとよい。当然ながら、それぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子もまた、保持デバイスに、材料同士の融合により、すなわち、例えば接着されて、接続されてもよい。

保持デバイスは、造形平面に対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように支承されてもよい。保持デバイスのこの運動は、適切な、すなわち特に（電動）モータ駆動式の、これらと結合可能な、または結合されている駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイスを介して行われる。保持デバイスのこの運動を利用して、保持デバイスを、その表面またはその内部に配置されているそれぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子ともども、具体的な照射状況を考慮して、照射対象である造形平面に対して運動させることができる。保持デバイスのこの運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または、少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい。したがって保持デバイスのこの運動は、例えば直線運動、回転運動、チルト運動または旋回運動であるとよい。当然ながら、運動自由度が異なる複数の運動を組み合わせることも可能である。

保持デバイスのこの運動は、造形平面の照射と同時に行われてもよい。保持デバイスは、造形平面の照射との関係では、ほかにも異なる運動自由度で、または異なる運動軌道に沿って、造形平面に対して運動されてもよい。そのようにして、硬化対象である造形材料層の内部に、異なる硬化構造を、すなわち、例えば溶接シームを構成することができる。それにより製造されることになる物体の内部にプロセスに起因して生じる残留応力を低減することができるが、これは、製造されることになる物体の品質にプラスに作用する。表面または内部にレーザ・ダイオード素子または光学素子が行状または列状配置方式で配置されている、保持デバイスの例をとると、この保持デバイスは、まず最初に、例えば一つの第１の運動軸、例えば直線運動軸により定義される一つの第１の運動軌道に沿って、造形平面の上を通り運動された後、続いてさらにもう一つの運動軸、例えば直線運動軸により定義されるさらにもう一つの運動軌道に沿って、造形平面の上を通り運動されてもよい。このさらにもう一つの運動軌道は、第１の運動軌道に対して、例えば一定の角度を成すように、特にこれと直交するように延びてもよい。これと同じことを、当然ながら別のものについても、すなわち、例えばマトリクス状に配置されたそれぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子についても、転用することができる。

保持デバイスが造形平面に対する運動を不能として支承されている場合については、造形平面の少なくとも一つの部分または部分面積、特に造形平面の面全体を完全に覆う、複数個のレーザ・ダイオード素子または光学素子がデバイスに含まれると好適である。特に、レーザ・ダイオード素子または光学素子が、これに対応するように相応に面全体にわたって配置されることによって、造形平面の面全体が完全に覆われる場合は、保持デバイスを、その表面またはその内部に配置されるそれぞれのレーザ・ダイオード素子または光学素子ともども、具体的な照射状況を考慮して、造形平面に対して運動させる必要はない。ここでは、場合によっては本装置のプラント・エンジニアリング上または制御技術上の構成を高めることになる、保持デバイスと結合可能な、または結合されている駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイスを備える必要はない。

保持デバイスが造形平面に対する運動を可能として支承されるのか、それとも運動を不能として支承されるのかに関係なく、（ほかにも）少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子または少なくとも一つの光学素子が、少なくとも一つの運動自由度で、保持デバイスに対して、またそれにより造形平面に対しても運動可能であるように、保持デバイスの表面または内部に配置可能である、または配置されてもよい。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子または光学素子の保持デバイスに対するこの運動を利用して、例えばこれらのレーザ・ダイオード素子または光学素子を、具体的な照射状況を考慮して、造形平面に対して運動させることが可能となる。同様に、それぞれ生成可能な、または生成されるレーザ・ビームが造形平面から遠ざかる方に向けられている非アクティブ化状態において、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子または光学素子を、運動させる、特に傾動させたり旋回させたりすることもできる。レーザ・ダイオード素子または光学素子のこの運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい。したがって、レーザ・ダイオード素子またはいずれかの光学素子のこの運動は、何らかの直線運動、回転運動、チルト運動または旋回運動であり得る。当然ながらここでも、運動自由度が異なる複数の運動を組み合わせることも可能である。

これらのレーザ・ダイオード素子または光学素子の運動もまた、造形平面の照射と同時に行われてもよい。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、特定の造形平面の照射との関係で、異なる自由度で、または異なる運動軌道に沿って、この造形平面に対して運動されるようにしてもよい。そのようにすることによっても、硬化対象である造形材料層の内部に、異なる硬化構造を、すなわち、例えば溶接シームを構成することができる。それにより製造されることになる物体の内部にプロセスに起因して生じる残留応力を低減することができるが、これは、製造されることになる物体の品質にプラスに作用する。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子または光学素子は、まず最初に、例えば一つの第１の運動軸、例えば直線運動軸により定義される一つの第１の運動軌道に沿って、造形平面の上を通り運動された後、続いて別の運動軸、例えば直線運動軸により定義されるさらにもう一つの運動軌道に沿って、この造形平面の上を通り運動されてもよい。このさらにもう一つの運動軌道は、第１の運動軌道に対して、例えば一定の角度を成すように、特にこれと直交するように延びてもよい。

保持デバイスには、典型的に本装置に付属する、硬化対象である一つの造形材料層を構成するためのコーティング・デバイスが、配置または構成されてもよい。これは、コーティング・デバイスを本装置に組み込む、非常にコンパクトな可能性のである。造形材料層を構成するために、保持デバイスに配置または構成されたコーティング・デバイスは、例えば運動可能であるように支承された保持デバイスと一緒に、造形平面に対して運動されてもよい。

好適にはこのコーティング・デバイスもまた、保持デバイスに対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、保持デバイスに配置または構成されてもよい。このコーティング・デバイスを保持デバイスに対して運動させ、それにより造形平面に対しても運動させるために、このコーティング・デバイスに結合可能な、または結合された、特に（電動）モータ駆動式の駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイスが備えられてもよい。特にこの場合においては、コーティング工程と照射工程を同時に実行することが可能である；この場合は、コーティング・デバイスにより既に造形材料層が構成されている造形平面の部分だけが照射されると好適である。

本装置には、硬化対象である造形材料層、硬化されたばかりの造形材料層、または硬化が完全に完了している造形材料層の温度および／または溶湯（プール）の特徴を検出するための、検出デバイスが含まれてもよい。この検出デバイスは、高温計として構成されたものであるか、または少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。この検出デバイスもまた、保持デバイスに配置または構成されてもよい。これは、一つの当該検出デバイスを本装置に組み込む、非常にコンパクトな可能性である。この検出デバイスを介して検出された温度値、または溶湯（プール）の特徴は、硬化対象である造形材料層の事前調温または既に硬化された造形材料層の事後調温の基礎として用いられるとよい。

好適にはこの検出デバイスもまた、保持デバイスに対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、保持デバイスに配置または構成されてもよい。この検出デバイスを保持デバイスに対して運動させ、それにより造形平面に対しても運動させるために、この検出デバイスに結合可能な、または結合された、特に（電動）モータ駆動式の駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイスが備えられてもよい。特にこの場合においては、それぞれの検出工程と照射工程を同時に実行することが可能となる；この場合は、造形平面の硬化対象である、または既に硬化されている部分を照射することができる。それぞれの照射パラメータは、検出された温度または溶湯（プール）の特徴に従属して設定されるとよい。

本装置にはさらに、硬化対象である造形材料層、硬化されたばかりの造形材料層、または硬化が完全に完了している造形材料層の表面品質および／または溶湯（プール）の特徴を、特に光学方式により評価するための、少なくとも一つの評価デバイスが含まれてもよい。この評価デバイスは、カメラとして構成されたものであるか、または少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。この評価デバイスもまた、特に保持デバイスに対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、保持デバイスの表面または内部に配置可能であるか、または配置されてもよい。特にこの場合においては、コーティング工程、照射工程および評価工程を同時に実行することが可能である；この場合は、既に一つの造形材料層が構成されて照射が行われている、造形平面の部分だけが評価されると好適である。

保持デバイスは、複数の保持デバイス・セグメントから成っていてもよいが、その場合は少なくとも二つの保持デバイス・セグメントが、造形平面に対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、および／または、互いに対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、配置されることになる。これらの保持デバイス・セグメントのこの運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい。したがって保持デバイス・セグメントの運動は、例えば、造形平面に対して、および／または少なくともさらにもう一つの保持デバイス・セグメントに対して、何らかの直線運動、回転運動、チルト運動または旋回運動であり得る。造形平面に対して少なくとも一つの運動自由度で、および／または互いに対して少なくとも一つの運動自由度で行われる、保持デバイス・セグメントのこの運動は、保持デバイス全体の造形平面に対する運動の代わりに、またはそれに加えて行われてもよい。

少なくとも一つの第１の保持デバイス・セグメントには、典型的に、硬化対象である造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子または光学素子が、例えば行状および／または列状配置に配置されている。少なくともさらにもう一つの保持デバイス・セグメントには、硬化対象である造形材料層の事前調温のための、および／または既に硬化された造形材料層の事後調温のための、さらに別の一定数のレーザ・ダイオード素子または光学素子が配置されてもよい。その代わりに、または加えて、少なくともさらにもう一つの保持デバイス・セグメントには、本装置の少なくともさらにもう一つの機能構成要素が配置されてもよい。そのようなさらにもう一つの機能構成要素は、例えば造形平面の上に一定量の造形材料を塗布するための、塗布デバイスまたは計量デバイス、硬化対象である一つの造形材料層を構成するための、コーティング・デバイス、硬化対象である造形材料層、硬化された（ばかりの）造形材料層、および／または硬化された造形材料層の表面品質または溶湯（プール）の特徴を、特に光学方式により評価するための、評価デバイス、硬化対象である造形材料層、硬化された（ばかりの）造形材料層、または既に硬化された造形材料層の温度および／または溶湯（プール）の特徴を検出するための、検出デバイス等であり得る。

複数の保持デバイス・セグメントから成る保持デバイスの一つの具体例は、個別に、グループごとに、または全て一緒に、造形平面に対して、および／または、個別に、またはグループごとに、互いに対して運動可能である、四つの、例えば交差状に配置される保持デバイス・セグメントから成っている。一つの第１の保持デバイス・セグメントには、いずれかの塗布デバイスまたは計量デバイスが配置されていてもよく、一つの第２の保持デバイス・セグメントには、コーティング・デバイスが配置されているとよく、一つの第３の保持デバイス・セグメントには、硬化対象である一つの造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子または光学素子が配置されているとよく、一つの第４の保持デバイス・セグメントには、温度および／または溶湯（プール）の特徴を検出するための、検出デバイスが配置されてもよい。

複数の保持デバイス・セグメントから成る保持デバイスのさらにもう一つの具体例は、個別に、グループごとに、または全て一緒に、造形平面に対して、および／または、個別に、またはグループごとに、互いに対して運動可能である、六つの、例えば交差状に配置される保持デバイス・セグメントから成っている。一つの第１の保持デバイス・セグメントには、塗布デバイスまたは計量デバイスが配置されていてもよく、一つの第２の保持デバイス・セグメントには、コーティング・デバイスが配置されていてもよく、一つの第３の保持デバイス・セグメントには、温度および／または溶湯（プール）の特徴を検出するための、検出デバイスが配置されていてもよく、一つの第４の保持デバイス・セグメントには、硬化対象である一つの造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子または光学素子が配置されていてもよく、一つの第５の保持デバイス・セグメントには、温度および／または溶湯（プール）の特徴を検出するための、検出デバイスが配置されていてもよく、さらに一つの第６の保持デバイス・セグメントには、表面品質および／または溶湯（プール）の特徴を評価するための、評価デバイスが配置されてもよい。

当然ながら、少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように支承された本装置の全ての機能構成要素、すなわち、例えば保持デバイスまたは当該保持デバイス・セグメント、コーティング・デバイス、検出デバイス、評価デバイスは、一つまたは複数の共通の、特に（電動）モータ駆動式の、駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイスを介して運動可能であり得る。

本装置には、生成的に製造されることになる、または製造された物体の、生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である少なくとも一つの物体関連の物体・パラメータをシミュレートするように設けられた、シミュレーション・デバイスが含まれてもよい。このシミュレーション・デバイスは、例えばこの生成的な造形プロセスを実行する枠内で使用される造形材料に関する情報や、生成的に製造されることになる、または製造された物体の、多様な特性、例えば密度、ジオメトリ等に関する情報等といった、それぞれシミュレートされることになる物体・パラメータに関連している情報に基づいて、またはこれらを配慮して、本装置を用いて生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である少なくとも一つの物体関連の物体・パラメータの、シミュレーションを執り行うことができる。そのために、例えばハードウェアおよび／またはソフトウェアによりインプリメントされているこのシミュレーション・デバイスには、適切なシミュレーション・アルゴリズムが備えられてもよい。

生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である、当該物体関連の物体・パラメータは、例えば生成的な造形プロセスを実行する枠内で生じる、生成的に製造されることになる、または製造された物体を貫く熱流、および／または、生成的に製造されることになる、または製造された物体の温度または温度分布、一般には生成的に製造されることになる、または製造された物体の特定の熱特性であり得る。その代わりに、または加えて、この物体関連の物体・パラメータを、一回の生成的な造形プロセスを実行する枠内で、生成的に製造されることになる、または製造された物体の内部に場合により生じる機械負荷、特に応力とすることも考えられる。

本装置には、特定の放射特性を示すレーザ・ビームを生成するために、デバイスの動作制御を狙い通りに行うように、特に個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御を狙い通りに行うように設けられた御デバイスが含まれると好適である。したがって、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによりインプリメントされているこの制御デバイスにより、当該制御情報が生成されて、それらに基づいて、特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御が狙い通りに行うことができる。前述のように、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子は、これらを介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、特にその入力パワーおよび／または出力パワーにおいて、可変であり得る。特に、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子を、調光式ＬＥＤに類似して「調光式」とすることが可能である。それに応じて、放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて可変である一つのレーザ・ダイオード素子を介して、例えば入力パワーおよび／または出力パワーの変化を通じて、異なる放射特性、すなわち、例えば異なるエネルギ密度、強度等を持つレーザ・ビームを生成することができる。

この制御デバイスは、特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、シミュレーション・デバイスによりシミュレートされた、この、または少なくとも一つの、物体関連の物体・パラメータに基づいて、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御を狙い通りに行うように設けられていると好適である。したがってデバイスは、制御デバイスによる当該動作制御の際には、特定の放射特性を示す一つのレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の当該動作制御が行われることによって、少なくとも一つの物体関連の当該物体・パラメータをある一つの特定の値に設定するように、またはある一つの特定の値に保持するように、設けられてもよい。例えばデバイスは、制御デバイスによる当該動作制御の際には、（生成的な造形プロセスを実行する枠内で）特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の当該動作制御が行われることによって、生成的に製造されることになる、または製造された物体を貫く、ある一つの特定の熱流を、または、生成的に製造されることになる、または製造された物体の内部の、特定の温度（分布）を、生成する、および／または維持するように、設けられてもよい。換言すれば、物体を前もってシミュレートして、この熱流に応じて個々のダイオードをパワーに関して個別に制御することが可能である。そのようにして、製造されることになる、または製造された物体の構造特性に狙い通りにプラスの影響を与えることができる。

本発明はさらに、少なくとも一つのレーザ・ビームを使用して、硬化可能な材料から成る個々の造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、少なくとも一つの三次元物体を生成的に製造するための方法に関する。この方法は、選択的レーザ溶融方法（ＳＬＭ方法）または選択的レーザ焼結方法（ＳＬＳ方法）であり得る。この方法は、いずれか一つの上記で説明したような装置を、少なくとも一つの三次元物体の生成的な製造に使用する工程を特色としている。したがって類似する装置と関連する全ての実施形態が本方法と同等と見なされる。

本発明を、図面に示される実施例に基づいて詳細に解説する。

一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。 一つの実施例に従った三次元物体を生成的に製造するための装置の概略図である。

図１には、一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。この装置１は、デバイス４（レーザ・ビーム生成デバイス）により生成される少なくとも一つのエネルギ・ビーム５を使用して、硬化可能な造形材料３から成る造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、三次元物体２を、すなわち、例えば技術部品または技術部品群を、生成的に製造するために利用される。

硬化可能な造形材料３は、金属粉末（混合物）である、すなわち、例えばアルミニウム粉末である、および／またはプラスチック粉末（混合物）である、すなわち、例えばポリエーテルエーテルケトン粉末である、および／またはセラミクス粉末（混合物）である、すなわち、例えばアルミナ粉末であり得る。

硬化対象であるそれぞれの造形材料層は、装置１の造形チャンバ８の内部に、水平方向へ向いた両方向矢印６により示唆されるように、運動可能であるように支承されたコーティング・デバイス７を使用して形成される。この造形チャンバ８の内部では、典型的にいずれかの保護ガス雰囲気、すなわち、例えばアルゴン雰囲気または窒素雰囲気が支配的となっている。硬化対象である各々の造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させる工程は、デバイス４により生成されるレーザ・ビーム５が、製造されることになる物体２の各々の層に関する断面ジオメトリに対応している、各々の造形材料層の特定の硬化対象である領域に選択的に向けられていることにより行われる。

デバイス４は、レーザ・ビーム５を生成するために、複数のレーザ・ダイオード素子１０が含まれるが、これらはそれぞれ、造形平面９に直接向いたレーザ・ビーム５が生成されるように設けられている。デバイス４を介して生成されるレーザ・ビーム５は、典型的には造形平面の面に関して約９０°の一定の角度を成して造形平面９に当たるようになっている。その限りにおいて、このデバイス４は、これには、レーザ・ビーム５、またはレーザ放射線を生成するためのレーザ・ダイオード素子１０が含まれることから、「ダイオード・レーザ」と呼ぶか、または見なすことができる。このデバイス４に付属するレーザ・ダイオード素子１０は、例えば０．１から１０ワットの間の範囲のレーザ放射出力を生成することができる。

デバイス４は、造形チャンバ８の内部に直接配置されている。レーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９の直上に配置されている；これらのレーザ・ダイオード素子１０と造形平面９との間に、それ以外の部品は一つもない、特にオプティカル・マスク部品は一つもない。それに応じて、これらのレーザ・ダイオード素子１０を介して生成可能な、または生成されるレーザ・ビーム５は、造形平面９に直接向けられて、造形平面９に直接当たるようになっている。ビーム偏向デバイスを介して、これらのレーザ・ダイオード素子１０を介して生成可能な、または生成されるレーザ・ビーム５を偏向する必要はない。

図１に示される実施例においては、レーザ・ダイオード素子１０がマトリクス状の配置方式（「マトリクス」）で配置されている。これは、これらのレーザ・ダイオード素子１０が、複数の平行な行および列における配置方式であると解釈することができる。したがってこのマトリクスは、複数のレーザ・ダイオード素子１０から成る複数の平行に配置される行と、複数のレーザ・ダイオード素子１０から成る複数の平行に配置される列とから成っている。これらの行および列は、造形平面９に対して平行に位置する平面内に位置している。列は、行に対して、一定の角度、特に直角を成すように延びており、その逆もまた然りである。レーザ・ダイオード素子１０のこのマトリクス状の配置方式は、例えば液晶表示デバイス（「ＬＣＤディスプレイ」）に備えられるようなピクセル・ラスタに相当している；個々のレーザ・ダイオード素子１０は、そこでは当該液晶表示デバイスのピクセルに相当している。

マトリクス状に配置されたこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９の上方にその面全体にわたってくまなく延びている。したがってこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９の全（表）面積と直接向き合って位置し、造形平面９の面全体を完全に覆っている。造形平面９はこれらのレーザ・ダイオード素子１０によって面全体を完全に覆われるために、原則的には造形平面９の全（表）面積の部分を、造形平面９に対するデバイス４の何らかの運動を不要として、必要に応じて選択的に照射することができる。造形平面９のこの選択的な照射は、特定の放射特性を示すレーザ・ビーム５をそれぞれ生成するための、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０の狙い通りの動作制御を通じて行われる。そのためにデバイス４に結合される制御デバイス１１が備えられているが、これは、造形チャンバ８の内部に配置されても、または破線で描かれているように外部に配置されてもよい。

レーザ・ダイオード素子１０は基本的に、特定の放射特性を持つレーザ・ビーム５をそれぞれ生成するために、液晶表示デバイスの原理にならって個別に、グループごとに、または全て一緒に、動作制御可能である、すなわち、特にアクティブ化可能であるおよび／または非アクティブ化可能である。レーザ・ダイオード素子１０をアクティブ化または非アクティブ化するとは、このレーザ・ダイオード素子１０の通電を示すものであると解釈することができる；このレーザ・ダイオード素子１０は、アクティブ化状態においては、通電されてレーザ・ビーム５を生成し、非アクティブ化状態においては、通電されることなくレーザ・ビーム５も生成しない。レーザ・ダイオード素子１０のアクティブ化または非アクティブ化とは、このレーザ・ダイオード素子１０を介して生成可能な、または生成されるレーザ・ビーム５が、このレーザ・ダイオード素子１０がアクティブ化状態にあるときには、例えばこのレーザ・ダイオード素子１０の運動、特に旋回により、造形平面９に向けられており、また、このレーザ・ダイオード素子１０が非アクティブ化状態にあるときには、造形平面９から遠ざかる方向に向けられていると解釈することができる。

以下で明らかにされるように、これらのレーザ・ダイオード素子１０は、保持デバイス１２の内部の、事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに必要に応じて配置可能であるか、または配置されている。この保持デバイス１２は、造形チャンバ８の内部に配置されている。図１に示される実施例においては、保持デバイス１２が造形チャンバ８の壁面に取り付けられており、造形平面９に対する運動は不可能となっている。保持デバイス１２内に配置されるこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９に対して定義済みのポジションに、すなわち特に定義済みの間隔をおいて、配置されている。

図２には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。

図１に示される実施例に対する一つの第１の相違点は、ここではレーザ・ダイオード素子１０が、造形平面９に対して平行に位置する複数の平面に分けて、上下に重ねて配置されている点にある。レーザ・ダイオード素子１０を複数の平面に分けて上下に重ねて配置することにより、これらのレーザ・ダイオード素子１０の、非常にコンパクトな配置方式がもたらされることになる。これらのレーザ・ダイオード素子１０が複数の平面に分けて上下に重ねて配置されるこの配置方式は、それぞれのレーザ・ダイオード素子１０により生成可能なレーザ・ビーム５をそれぞれ造形平面９に直接向けることができるように選択されている。上下に重なり合うように位置しているそれぞれの平面内に配置されるこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、特定の空間オフセットに互いに対して配置されている。上側の平面内に配置されているレーザ・ダイオード素子１０により生成されるレーザ・ビーム５は、下側の平面内に配置されているレーザ・ダイオード素子１０には当たらずに、それよりもむしろ、例えば下側の平面内に直に隣り合わせて配置されているそれぞれのレーザ・ダイオード素子１０の間に設けられる、ギャップ、ボア、またはそれ以外の開口部の形態をとる、クリアランス１４を通り抜けて、造形平面９に当たるようになっている。

図１に示される実施例に対するさらにもう一つの相違点は、コーティング・デバイス７が保持デバイス１２に配置されている点にある。コーティング・デバイス７は、そこでは保持デバイス１２に対して運動自由度（両方向矢印６を参照）で、保持デバイス１２に配置されている。コーティング・デバイス７を保持デバイス１２に対して運動させるために、コーティング・デバイス７に結合された、特に（電動）モータ駆動式の、駆動デバイスまたはガイド・デバイス１３が備えられている。コーティング工程と照射工程を同時に実行することが可能である；当然ながらこの場合は、コーティング・デバイス７により既に造形材料層が構成されている造形平面９の部分だけが照射される。

図１に示される実施例に対するさらにもう一つの相違点は、装置１に、硬化対象である造形材料層、および／または硬化された造形材料層の表面品質を、特に光学方式により評価するための、評価デバイス１６が含まれている点にある。この評価デバイス１６は、カメラとして構成されたものであるか、またはそのようなものがこれに含まれてもよい。この評価デバイス１６も同様に、保持デバイス１２に対して少なくとも一つの運動自由度で、保持デバイス１２に配置されてもよい。この評価デバイス１６を保持デバイス１２に対して運動させるために、評価デバイス１６に結合された、特に（電動）モータ駆動式の、駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイス（図示せず）が備えられてもよい。コーティング工程、照射工程および評価工程を同時に実行することが可能である；当然ながらこの場合は、コーティング・デバイス７により既に造形材料層が構成され、照射された、造形平面の部分だけが評価されることになる。

図１に示される実施例に対するさらにもう一つの相違点は、装置１に、硬化対象である造形材料層、または既に硬化された造形材料層の温度を検出するための検出デバイス１５が含まれている点にある。この検出デバイス１５は、高温計として構成されたものであるか、または少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。この検出デバイス１５を介して検出された温度値は、硬化対象である造形材料層の事前調温、または既に硬化された造形材料層の事後調温の、基礎として用いられてもよい。この検出デバイス１５も同様に、保持デバイス１２に配置されている。この検出デバイス１５も同様に、保持デバイス１２に対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように保持デバイス１２に配置されてもよい。この検出デバイス１５を保持デバイス１２に対して運動させるために、検出デバイス１５に結合された、特に（電動）モータ駆動式の、駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイス（図示せず）が備えられてもよい。温度検出工程と照射工程を同時に実行することが可能である。照射パラメータは、制御デバイス１１を介して、温度の検出結果に従属して設定することができる。

レーザ・ダイオード素子１０は、保持デバイス１２に取外し可能に接続されている。これらのレーザ・ダイオード素子１０が保持デバイス１２に取外し可能に接続されることは、レーザ・ダイオード素子１０が故障した場合では、この故障したレーザ・ダイオード素子１０を保持デバイス１２から問題なく取り出して交換することができるために好適である。装置１には、故障したレーザ・ダイオード素子１０を検出すると、故障したレーザ・ダイオード素子１０に関する情報を、例えば音および／または光により出力する、故障しているレーザ・ダイオード素子１０を検出するための一つの検出デバイス１７が含まれてもよい。この情報には、技術スペック、例えばこの故障したレーザ・ダイオード素子１０の型式、故障の正確な種類、保持デバイス１２の表面または内部におけるこの故障したレーザ・ダイオード素子１０の配置方式またはポジション等に関するデータが包含されてもよい。

さらに装置１には、故障したレーザ・ダイオード素子１０を半自動化方式または全自動化方式で交換するための、検出デバイス１７と協働する交換デバイス１８が含まれてもよい。この交換デバイス１８には、交換作業の枠内でレーザ・ダイオード素子１０を掴むための、一定数のグリッパ要素１９が含まれる。この交換デバイス１８は、例えば単軸または多軸のロボット・デバイスとして構成されている、または少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。

図３、４にはそれぞれ、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。図３には装置１全体が、図４には装置１の切片として造形平面４を上から見た上面図が示される。

図３、４に示される実施例においては、レーザ・ダイオード素子１０が平面内に行状または列状に配置されて、造形平面９の一つの部分だけをその面全体にわたって覆っている。したがってこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９の一つの部分、すなわち造形平面９の全（表）面積の内の部分（表）面積と直接向き合っている。当該レーザ・ダイオード素子１０を介して面全体が覆われている造形平面９のこの部分を、これらのレーザ・ダイオード素子１０に造形平面９に対する機械的な運動を余儀なくさせる必要なく、選択的に照射することができる。

図１、２に示される実施例とは異なり、この保持デバイス１２は、造形平面９に対して少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように支承されている。保持デバイス１２のこの運動は、これに結合された（電動）モータ駆動式の駆動デバイスまたはガイド・デバイス（図示せず）を介して行われる。保持デバイス１２のこの運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい（図３、４に描かれている矢印を参照）。したがって保持デバイス１２のこの運動は、例えば直線運動、回転運動、チルト運動または旋回運動であり得る。図３には、保持デバイス１２のチルト後または旋回後の姿勢が一点鎖線で描かれている。運動自由度が異なる複数の運動を組み合わせることも可能である。図示される座標軸により、それぞれの運動自由度が示唆されているが、保持デバイス１２は、これらの運動自由度で運動可能であるように支承されてもよい；保持デバイス１２は、特に、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸により定義されるそれぞれの並進軸および／またはそれぞれの回転軸で運動可能であるように支承されてもよい。

保持デバイス１２のこの運動は、レーザ・ダイオード素子１０による造形平面９の照射と同時に行われてもよい。保持デバイス１２は、造形平面９の照射との関係で、異なる運動自由度で、または異なる運動軌道に沿って、造形平面９に対して運動されてもよい（図４を参照）。そのようにして、硬化対象である造形材料層の内部に、異なる硬化構造を、すなわち、例えば溶接シームを構成して、製造されることになる物体２の内部にプロセスに起因して生じる残留応力を低減することができるが、これは、製造されることになる物体２の品質にプラスに作用する。

表面または内部にレーザ・ダイオード素子１０が行状または列状の配置方式で配置された保持デバイス１２が備えられている、図３、４に示される実施例では、保持デバイス１２が、まず最初に、例えば一つの第１の運動軸、例えば直線運動軸により定義される一つの第１の運動軌道に沿って、造形平面９の上を通り運動された後、続いてさらにもう一つの運動軸、例えば直線運動軸により定義されるさらにもう一つの運動軌道に沿って、造形平面９の上を通り運動されてもよい（図４において一点鎖線で描かれている保持デバイス１２を参照）。このさらにもう一つの運動軌道は、第１の運動軌道に対して、例えば一定の角度を成すように、特にこれと直交するように延びている（図４を参照）。

図５、６には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。図５には装置１の切片として造形平面９に対する上面図が、図６には装置１の切片として保持デバイス１２に対する側面図が示される。

この保持デバイス１２は、ここでは複数の保持デバイス・セグメント１２ａを含み、少なくとも二つの保持デバイス・セグメント１２ａが、造形平面９に対して少なくとも一つの運動自由度で、かつ互いに対して少なくとも一つの運動自由度で、運動可能であるように配置されている。これらの保持デバイス・セグメント１２ａの運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または、少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい。図５には、さらにもう一つの保持デバイス・セグメント１２ａに対して反時計回り方向に旋回可能な保持デバイス・セグメント１２ａが一点鎖線で描かれている。矢印２４により示唆される旋回運動は、造形平面９に対して平行に位置する一つの平面内で行われる。この旋回可能な保持デバイス・セグメント１２ａには、例えばコーティング・デバイス７が配置されてもよい。図６には、一つの保持デバイス・セグメント１２ａの造形平面９に対する旋回運動が一点鎖線で描かれている。この旋回可能な保持デバイス・セグメント１２ａにも再び、例えばコーティング・デバイス７が配置されてもよい。

これらの保持デバイス・セグメント１２ａには、異なる機能が与えられ得る。少なくとも一つの第１の保持デバイス・セグメント１２ａには、典型的に、硬化対象である造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子１０が、例えば行状および／または列状の配置方式で配置されている。さらに別の複数の保持デバイス・セグメント１２には、硬化対象である造形材料層の事前調温のための、および／または、既に硬化された造形材料層の事後調温のための、さらに別の一定数のレーザ・ダイオード素子１０が配置されてもよい。その代わりに、または加えて、さらに別の保持デバイス・セグメント１２ａには、装置１のさらに別の機能構成要素が配置されてもよい。そのようなさらに別の機能構成要素とは、例えば造形平面９に、特定量の造形材料３を塗布するための、塗布デバイスまたは計量デバイス２５、硬化対象である造形材料層を構成するための、コーティング・デバイス７、硬化対象である造形材料層、および／または硬化された造形材料層の表面品質を特に光学方式で評価するための、評価デバイス１６、硬化対象である造形材料層または既に硬化された造形材料層の温度を検出するための、いずれかの検出デバイス１５等であり得る。

図５、６に示される保持デバイス１２は、交差状に配置される四つの保持デバイス・セグメント１２ａから成っているが、これらは、個別に、グループごとに、または全て一緒に、造形平面９に対して、および／または、個別に、またはグループごとに互いに対して運動することができる。一つの第１の保持デバイス・セグメント１２ａには、塗布デバイスまたは計量デバイス２５が配置され、一つの第２の保持デバイス・セグメント１２ａには、コーティング・デバイス７が、一つの第３の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化対象である造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子１０が、第４の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化された造形材料層の温度を検出するための、検出デバイス１５が配置されている。

図７には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。図７には、装置１の切片として、造形平面９に対する上面図が示される。

図７に示される保持デバイス１２は、交差状に配置される六つの保持デバイス・セグメント１２ａから成るが、これらは、個別に、グループごとに、または全て一緒に、造形平面９に対して、および／または、個別に、またはグループごとに互いに対して、運動することができる。一つの第１の保持デバイス・セグメント１２ａには、塗布デバイスまたは計量デバイス２５が、一つの第２の保持デバイス・セグメント１２ａには、コーティング・デバイス７が、一つの第３の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化対象である造形材料層の温度を検出するための、検出デバイス１５が、一つの第４の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化対象である造形材料層を照射するための、一定数のレーザ・ダイオード素子１０が、一つの第５の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化された造形材料層の温度を検出するための、検出デバイス１５が、一つの第６の保持デバイス・セグメント１２ａには、硬化された造形材料層の表面品質を特に光学方式で評価するための、評価デバイス１６が配置されている。

基本的に是認できるように、保持デバイス・セグメント１２の運動は、造形平面９に対して少なくとも一つの運動自由度で、および／または、互いに対して少なくとも一つの運動自由度で、保持デバイス１２全体の造形平面９に対する運動の代わりに、または加えて、行うことができる。場合により追加される保持デバイス１２全体の造形平面９に対する運動は、図５、７においては矢印２６により示唆されている。

図８には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。図８には、装置１の切片として、デバイス４および造形平面９の透視図が示される。

図８に基づくと、保持デバイス１２の表面または内部の、事前に決定可能な、または事前に決定されている、レーザ・ダイオード素子１０の配置ポジションが明らかである。レーザ・ダイオード素子１０のこれらの配置ポジションは、図８においては例示的にラスタ状に分散されているが、それにより、レーザ・ダイオード素子１０をマトリクス状に配置することが可能となっている。

これらの配置ポジションは、典型的には、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子１０を受け入れるための、保持デバイス側の複数の受入れ手段２０により定義されている。受入れ手段２０の個数は、少なくともレーザ・ダイオード素子１０の個数と等しい。これらの受入れ手段２０には、レーザ・ダイオード素子１０に配置または構成される、対応する相方の接続要素（図示せず）と協働して、これらのレーザ・ダイオード素子１０と保持デバイス１２との、（位置が）安定した接続部を構成する、複数の接続要素（図示せず）が含まれてもよい。当該接続要素と当該相方の接続要素とのこの協働を利用して、例えば形状同士の係合および／または摩擦係合による何らかの接続部が作製されてもよい；これらの接続要素は、例えば形状同士の係合要素および／または摩擦係合要素、すなわち、例えば、ホゾまたはこれに対応したホゾ穴といった差込み要素、および／または、係止用の突起／スナップ・オン式の突起またはこれに対応するリセスといった係止要素／スナップ・オン式要素、および／または、ネジやボルト類またはこれに対応するネジ穴やボルト穴といったネジ／ボルト要素等として、構成されたものであってもよい。それぞれの相方の接続要素は、これに対応している形状同士の係合要素および／または摩擦係合要素として構成されたものであるとよい。当然ながら、レーザ・ダイオード素子１０もまた、保持デバイス１２に、材料同士の融合により、すなわち、例えば接着されて、接続されてもよい。

図８に基づくとさらに明らかであるように、レーザ・ダイオード要素１０もまた、保持デバイス１２に対して、またそれにより造形平面９に対しても、少なくとも一つの運動自由度で運動可能であるように、保持デバイス１２の表面または内部に配置可能である、または配置されてもよい。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０の保持デバイス１２に対するこの運動により、例えばレーザ・ダイオード素子１０を、具体的な照射状況を考慮して、造形平面９に対して運動させることが可能である。同様に、それぞれ生成可能な、または生成されるレーザ・ビーム５が造形平面９から遠ざかる方に向けられている、非アクティブ化状態において、レーザ・ダイオード素子１０を運動させる、すなわち特に傾動させたり旋回させたりすることもできる。これらのレーザ・ダイオード素子１０のこの運動は、これらに結合された（電動）モータ駆動式の駆動デバイスまたはガイド・デバイス（図示せず）を介して行われる。レーザ・ダイオード素子１０の運動には、少なくとも一つの並進軸に沿った並進運動自由度、および／または少なくとも一つの回転軸まわりの回転運動自由度が包含されてもよい。したがってレーザ・ダイオード素子１０のこの運動は、何らかの直線運動、回転運動、チルト運動または旋回運動であり得る。運動自由度が異なる複数の運動を組み合わせることも可能である。図８においても図示される座標軸により、それぞれの運動自由度が示唆されているが、レーザ・ダイオード素子１０は、これらの運動自由度で運動可能であるように支承されてもよい；特にこれらのレーザ・ダイオード素子１０は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸により定義される並進軸および／またはそれぞれの回転軸で運動可能であるように支承されてもよい。

これらのレーザ・ダイオード素子１０の運動もまた、レーザ・ダイオード素子１０による造形平面９の照射と同時に行われてもよい。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０は、造形平面９の照射との関係で、異なる自由度で、または異なる運動軌道に沿って、この造形平面９に対して運動されてもよい。そのようにすることでも、硬化対象である造形材料層の内部に、異なる硬化構造を、前述のように例えば溶接シームを構成して、製造されることになる物体２の内部にプロセスに起因して生じる残留応力を低減することができるが、これは、製造されることになる物体２の品質にプラスに作用する。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０は、まず最初に、例えば一つの第１の運動軸、例えば直線運動軸により定義される一つの第１の運動軌道に沿って、造形平面９の上を通り運動された後、続いて別の運動軸、例えば直線運動軸により定義されるさらにもう一つの運動軌道に沿って、この造形平面９の上を通り運動されてもよい。このさらにもう一つの運動軌道は、ここでもまた、第１の運動軌道に対して、例えば一定の角度を成すように、特にこれと直交するように延びてもよい。

図９、１０には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が一つずつ示される。図９、１０にはそれぞれ、装置１の切片として、デバイス４および造形平面９の透視図が示される。

図９、１０に示される実施例との関係で解説すべき点として、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０は、これを介して生成可能なレーザ・ビーム５の放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、特に入力パワーおよび／または出力パワーにおいて、可変であり得る。個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０は、一種の調光式ＬＥＤに類似した「調光式」であり得る。それに応じて、放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて可変であるレーザ・ダイオード素子１０を介して、例えば入力パワーおよび／または出力パワーの変化を通じて、異なる放射特性、すなわち、例えば異なるエネルギ密度、強度等を持つレーザ・ビーム５を生成することができる。それに応じて、複数のレーザ・ビーム５が同時に生成されるときには、特定の全放射エネルギ断面２１を構成することができる。これらのレーザ・ダイオード素子１０は、特定の平面的または立体的な幾何学的形状を持つ全放射エネルギ断面２１がもたらされるように、動作制御される、またはそれらの出力パワーにおいて変化されてもよい；図９、１０に例示的に示されるガウス波形状の全放射エネルギ断面２１を得るために、この全放射エネルギ断面２１に関して中央に配置されるレーザ・ダイオード素子１０は、この全放射エネルギ断面２１に関して側縁部に配置されるレーザ・ダイオード素子１０と比較して、より高いパワーで作動される。図９、１０に基づくと明らかであるように、造形平面９に対して配向が異なる全放射エネルギ断面２１を生成することができる。

矢印２２により示唆されるように、これらのレーザ・ダイオード素子１０はさらに、一つの波面に対応して、造形平面９に沿って、場合によっては行ったり来たりしながら運動可能な、または運動する、全放射エネルギ断面２１が、つまり動的な全放射エネルギ断面２１がもたらされるように動作制御される、または、それらの出力パワーにおいて変化されてもよい。そのためにこれらのレーザ・ダイオード素子１０の動作制御は、英数字記号をスクロール表示するための、複数のＬＥＤから成るＬＥＤ表示板に類似して行われる。

しかしながらこれに限定されるわけではなく、図９、１０に示される実施例との関係で言及すると、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０は、一般にはこれらを介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビーム５の放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、異なるものであってもかまわない。したがって、それぞれのレーザ・ダイオード素子１０を介して生成可能なレーザ・ビーム５の放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、すなわち、例えばそれらの入力パワーおよび／または出力パワーにおいて異なっている、レーザ・ダイオード素子１０によっても、最低でも部分的に同一の、類似の、または異なっている断面プロファイルを持つ、特定の平面的または立体的な全放射エネルギ断面を構成することを、実現することができる。

図９、１０に示される実施例に基づくと明らかであるように、最低でも部分的に同一の、類似の、または異なっている断面プロファイルを持つ、不動型または運動型の全放射エネルギ断面２１を、一般には平面的または立体的な幾何形状を持つ全放射エネルギ断面２１を、実現することができる。

図１１には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。図１１には、装置１の切片としてデバイス４および造形平面９の透視図が示される。

図１１に基づくと明らかであるように、保持デバイス１２の事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに、レーザ・ダイオード素子１０を必要に応じて配置することによって、製造対象である物体２の、場合によっては断面に関する、外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされているグループ２２に分けて、事前に決定可能な、または事前に決定された保持デバイス１２の配置ポジションに、レーザ・ダイオード素子１０を必要に応じて配置可能であること、またはこれらが配置されていることを可能としている。特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を持つ物体２の生成的な製造との関係で、互いに対して特定の空間配置をとるように配置されているレーザ・ダイオード素子１０から形成される、事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子１０に接した少なくとも一つのグループ２２を準備して、これを、矢印２３により示唆されるように、この物体２２の生成的な製造を実行するために、保持デバイス１２に接続して、すなわち、例えば保持デバイス１２にはめ込んで、この物体２の製造後に保持デバイス１２から取り出すか、または、続いて、別の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を持つ別の物体２を製造するために、この別の物体２の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して、互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされている、複数のレーザ・ダイオード素子１０に接した別のグループ２２と交換することが可能となる。

それぞれの事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子１０に接したグループ２２は、基本的に、特定の幾何デザインを有する、すなわち特に特定の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を有する一つの物体２に帰属させることができる、または帰属している。それぞれの事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子１０に接したグループ２２は、これらのレーザ・ダイオード素子１０の配置方式を維持しながら、貯蔵装置の中に（中間）貯蔵されて、これらに帰属しているそれぞれの物体２を生成的に製造するために、いくらでも好きなだけ使用することが可能である。当然ながら、事前にコンフィギュレーョンされている、レーザ・ダイオード素子１０に接したグループ２２については、別の物体２の幾何デザインを考慮して、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０を、活字ケースのように配置し直すことによって、そのコンフィギュレーションを変更することも可能である（「活字ケース原理」）。

生成的な造形工程においては、幾何デザインが異なる複数の物体２を製造することができるために、当然ながら複数のレーザ・ダイオード素子１０に接したグループ２２も、複数の異なる事前にコンフィギュレーションされたものが存在してもかまわない。図１１に示される実施例には、例示的に、相応に異なるように事前にコンフィギュレーションされている、レーザ・ダイオード素子１０に接したグループ２２が描かれている。レーザ・ダイオード素子１０が三日月形に配置されている一方の例示的な第１のグループ２２は、三日月形の物体２の製造に利用され、レーザ・ダイオード素子１０がＬ字形に配置されているさらにもう一つの例示的なさらなるグループ２２は、Ｌ字形の物体２の製造に利用される。

図１２には、さらにもう一つの実施例に従った装置１の概略図が示される。

図１〜１１に示される実施例とは異なり、デバイス４に付属しているレーザ・ダイオード素子１０は、造形チャンバ８の外部に配置されている。このデバイス４には、造形チャンバ８の内部の造形平面９の直上に配置される、一定数の光学素子２７が含まれている。これらの光学素子２７は、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子１０により生成されるレーザ・ビーム５を造形平面９に直接向けて偏向するように設けられている。そのためにそれぞれの光学素子２７は、例えばガラス繊維ケーブルの形態をとる光導波素子２８を介して、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子１０に光結合されている。光学素子２７は、レーザ・ビーム５を造形平面９上に集束するための、一つまたは複数の光学レンズ素子から成る集光光学系２９として構成されたものであるか、少なくとも一つのそのようなものがこれに含まれてもよい。

図１２に示される実施例においては、それぞれの光学素子２７が（きっかり）一つのレーザ・ダイオード素子１０に光結合されている。あるいはその代わりに当然ながら、少なくとも一つの光学素子２７を複数のレーザ・ダイオード素子１０に光結合したり、または少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子１０を、適切なビーム・スプリッタ素子（図示せず）を介して複数の光学素子２７に結合したりすることも考えられる。

これらの光学素子２７も同様に、図１〜１１に示される実施例に描かれている、保持デバイス１２の内部へのレーザ・ダイオード素子１０の配置方式に類似して、当該保持デバイス１２の表面または内部に配置されている。

図１〜１１に示される実施例と、図１２に示される実施例との本質的な相違点は、図１２によればレーザ・ダイオード素子１０の代わりに光学素子２７が造形チャンバ８の内部に配置されて、造形チャンバ８の外部に配置されているレーザ・ダイオード素子１０に光結合されている点にあるために、図１〜１１に示される実施例に関する説明は全て、同様に適用されることになる；図１〜１１に示される実施例に従って、造形チャンバ８の内部に配置されるそれぞれのレーザ・ダイオード素子１０については、図１２に示される実施例に従って、造形チャンバ８の外部に配置されるレーザ・ダイオード素子１０に光結合されている光学素子２７と置き換えて考えることだけが必要である。

全ての実施例に共通して、異なるレーザ・ダイオード素子１０を介して生成可能なそれぞれのレーザ・ビーム５により、異なる機能、すなわち特に硬化対象である造形材料層の事前調温および／または既に硬化された造形材料層の事後調温を実現することができる。例えば少なくとも第１のレーザ・ダイオード素子１０、または、第１のレーザ・ダイオード素子１０から成るグループが、硬化対象である造形材料層を硬化させるための、レーザ・ビーム５を生成するように設けられており、少なくともさらにもう一つのレーザ・ダイオード素子１０、またはさらなるレーザ・ダイオード素子１０から成るグループが、硬化対象である造形材料層の事前調温を行うように、および／または既に硬化された造形材料層の事後調温を行うように、設けられてもよい。造形材料層を硬化させるために生成されるレーザ・ビーム５は典型的に、硬化対象である、または既に硬化された造形材料層の事前調温または事後調温のために生成されるレーザ・ビーム５よりも高いエネルギ（密度）を有している。

図には示されないにもかかわらず、装置１には、製造されることになる、または製造された物体２の、生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である少なくとも一つの物体関連の物体・パラメータをシミュレートするように設えられた、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによりインプリメントされている、シミュレーション・デバイスが含まれてもよい。このシミュレーション・デバイスは、例えばこの生成的な造形プロセスを実行する枠内で使用される造形材料３に関する情報や、製造されることになる、または製造された物体２の多様な特性、例えば密度、ジオメトリ等に関する情報等といった、それぞれシミュレートされることになる物体・パラメータに関連している多様な情報に基づいて、またはこれらを考慮して、装置１を用いて一回の生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である少なくとも一つの物体関連の物体・パラメータのシミュレーションを執り行うことができる。そのためにこのシミュレーション・デバイスには、適切なシミュレーション・アルゴリズムが備えられている。このシミュレーションは、本装置を用いて実行される生成的な造形プロセスの実行前および／または実行中に行われてもよい。

造形プロセスを実行する枠内で可変である、当該物体関連の物体・パラメータは、例えば生成的な造形プロセスを実行する枠内で生じる、製造されることになる、または製造された物体２を貫く熱流、および／または、製造されることになる、または製造された物体２の温度または温度分布であってもよい。その代わりに、または加えて、この物体関連の物体・パラメータを、生成的な造形プロセスを実行する枠内で、製造されることになる、または製造された三次元物体２の内部に場合により生じる機械負荷、特に応力とすることも考えられる。

装置１には、前述のように、特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、デバイスの動作制御を狙い通りに行うように、特に個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御を狙い通りに行うように設けられた、制御デバイス１１が含まれている。この制御デバイス１１により、当該制御情報が生成されて、それらに基づいて、特定の放射特性を示すレーザ・ビームをそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子９の動作制御が狙い通りに行われ得る。前述のように、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子は、これらを介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビームの放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、特にそれらの入力パワーおよび／または出力パワーにおいて、可変であってもよい。特に、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子を、調光式ＬＥＤに類似して「調光式」とすることが可能である。それに応じて、放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて可変であるレーザ・ダイオード素子を介して、例えば入力パワーおよび／または出力パワーの変化を通じて、異なる放射特性、すなわち、例えば異なるエネルギ密度、強度等を持つレーザ・ビームを生成することができる。

この制御デバイス１１は、シミュレーション・デバイスによりシミュレートされた物体関連の物体・パラメータまたは少なくとも一つの物体・パラメータに基づいて、特定の放射特性を示すレーザ・ビーム５をそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０の動作制御を狙い通りに行うように、設けられてもよい。したがってデバイス４は、この制御デバイス１１による当該動作制御の際には、特定の放射特性を示すレーザ・ビーム５をそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０の当該動作制御が行われることによって、少なくとも一つの物体関連の当該物体・パラメータをある一つの特定の値に設定するように、またはある一つの特定の値に保持するように、設けられている。例えばデバイス４は、この制御デバイス１１による当該動作制御の際には、（生成的な造形プロセスを実行する枠内で）特定の放射特性を示すレーザ・ビーム５をそれぞれ生成するために、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子１０の当該動作制御が行われることによって、製造されることになる、または製造された物体２を貫く、特定の熱流を生成する、および／または維持するように、設けられてもよい。

それぞれの図に示される装置１によって、少なくとも一つのレーザ・ビーム５を使用して、硬化可能な材料２から成る個々の造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、三次元物体２を生成的に製造するための方法を、実現することができる。この方法は、選択的レーザ溶融方法（ＳＬＭ方法）または選択的レーザ焼結方法（ＳＬＳ方法）であり得る。

１ 装置
２ 物体
３ 造形材料
４ デバイス
５ レーザ・ビーム
６ 両方向矢印
７ コーティング・デバイス
８ 造形チャンバ
９ 造形平面
１０ レーザ・ダイオード素子
１１ 制御デバイス
１２ 保持デバイス
１３ 駆動デバイスおよび／またはガイド・デバイス
１４ クリアランス
１５ 検出デバイス
１６ 評価デバイス
１７ 検出デバイス
１８ 交換デバイス
１９ グリッパ要素
２０ 受入れ手段
２１ 全放射エネルギ断面
２２ グループ
２３ 矢印
２４ 矢印
２５ 塗布テバイスまたは計量デバイス
２６ 矢印
２７ 光学素子
２８ 光導波素子
２９ 集光光学系

Claims (22)

1. 少なくとも一つのレーザ・ビーム（５）を使用して硬化可能な造形材料（３）から成る複数の造形材料層を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、三次元物体（２）を生成的に製造するための装置（１）において、
   硬化可能な造形材料（３）から成る個々の造形材料層を選択的に層ごとに硬化させるための少なくとも一つのレーザ・ビーム（５）を生成するための、少なくとも一つのデバイス（４）を含み、
   前記デバイス（４）が、選択的に硬化対象である、または硬化されたそれぞれの造形材料層が構成されている造形平面（９）の直上に配置可能な、または配置された、少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）を含み、前記レーザ・ダイオード素子（１０）は、前記造形平面に直接向けられた一つのレーザ・ビーム（５）を生成するように設けられている、ならびに／あるいは、
   前記デバイス（４）が、該装置（１）の造形チャンバ（８）の外部に配置された少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）、および、選択的に硬化対象である、または硬化されたそれぞれの造形材料層が構成されている造形平面（９）の直上に配置可能な、または配置された、該装置（１）の前記造形チャンバ（８）の外部に配置された前記レーザ・ダイオード素子（１０）に光結合された、少なくとも一つの光学素子（２７）を含み、前記光学素子（２７）は、前記レーザ・ダイオード素子（１０）により生成されたレーザ・ビーム（５）を直接前記造形平面（９）に向けて偏向するように設けられている
   ことを特徴とする装置（１）。
2. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、前記レーザ・ダイオード素子（１０）および／または前記光学素子（２７）が、前記造形平面（９）の少なくとも一つの部分、場合によっては前記造形平面（９）の面全体を完全に覆うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、複数の、場合によっては全てのレーザ・ダイオード素子（１０）および／または複数の、場合によっては全ての光学素子（２７）が、共通平面内に行状および／または列状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、複数のレーザ・ダイオード素子（１０）、および／または複数の光学素子（２７）が、特に互いに対して位置をずらして、複数の平面に分けて上下に重ねて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
5. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、複数の、場合によっては全てのレーザ・ダイオード素子（１０）および／または複数の、場合によっては全ての光学素子（２７）が、製造対象である三次元物体（２）の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
6. 少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）が、これを介して生成可能なレーザ・ビーム（５）の放射特性に関する少なくとも一つのパラメータにおいて、特にその出力パワーにおいて可変であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
7. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）を含み、前記レーザ・ダイオード素子（１０）を、特定の放射特性を持つレーザ・ビーム（５）をそれぞれ生成するために、個別に、グループに分けて、または共同で動作制御可能である、特にアクティブ化可能であり、および／または非アクティブ化可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）を含み、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子（１０）が、これらを介してそれぞれ生成可能なレーザ・ビーム（５）の少なくとも一つの放射特性において異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
9. 少なくとも一つの第１のレーザ・ダイオード素子（１０）が、硬化対象である造形材料層を硬化させるためのレーザ・ビーム（５）を生成するように設けられており、かつ少なくともさらにもう一つのレーザ・ダイオード素子（１０）が、硬化対象である造形材料層の事前調温のためのレーザ・ビーム（５）を生成するように、および／または、既に硬化された造形材料層の事後調温のためのレーザ・ビーム（５）を生成するように設けられていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）および／または前記少なくとも一つの光学素子（２７）が、特にフレーム状の保持デバイス（１２）に配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または複数個の光学素子（２７）を含み、前記レーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）が、前記保持デバイス（１２）の事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに必要に応じて配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記デバイス（４）が、複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、前記レーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）が、製造対象である三次元物体（２）の外側輪郭形状および／または内側輪郭形状を考慮して互いに対して特定の空間配置をとるように事前にコンフィギュレーションされているグループ（２２）に分けて、前記保持デバイス（１２）の事前に決定可能な、または事前に決定された配置ポジションに必要に応じて配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記保持デバイス（１２）が、少なくとも一つの運動自由度で前記造形平面（９）に対して運動可能であるように支承されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の装置。
14. 前記保持デバイス（１２）が、前記造形平面（９）に対して運動不能であるように支承されており、前記デバイス（４）が複数個のレーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）を含み、かつ前記レーザ・ダイオード素子（１０）および／または光学素子（２７）により、前記造形平面（９）の少なくとも一つの部分、場合によっては前記造形平面（９）の面全体を完全に覆うことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の装置。
15. 少なくとも一つのレーザ・ダイオード素子（１０）および／または少なくとも一つの光学素子（２７）が、少なくとも一つの運動自由度で前記保持デバイス（１２）に対して運動可能であるように前記保持デバイス（１２）の表面または内部に配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の装置。
16. 前記造形平面（９）内に硬化対象である造形平面層を構成するためのコーティング・デバイス（７）であって、特に少なくとも一つの運動自由度でこれに対して運動可能であるように支承されて、前記保持デバイス（１２）に配置または構成されているコーティング・デバイス（７）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一つに記載の装置。
17. 硬化対象である、または既に硬化された造形材料層（３）の温度を検出するための、および／または、硬化対象であるか、または硬化された造形材料層（３）の溶湯の特徴を検出するための、検出デバイス（１５）であって、特に少なくとも一つの運動自由度でこれに対して運動可能であるように支承されて、前記保持デバイス（１２）に配置または構成されている検出デバイス（１５）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか一つに記載の装置。
18. 硬化対象である、および／または硬化された造形材料層の表面品質を特に光学方式により評価するための、および／または、硬化対象である、および／または硬化された造形材料層の溶湯の特徴を評価するための少なくとも一つの評価デバイス（１６）であって、特に少なくとも一つの運動自由度で前記保持デバイス（１２）に対して運動可能であるように、前記保持デバイス（１２）の表面または内部に配置可能であるか、または配置されていることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一つに記載の装置。
19. 前記保持デバイス（１２）が複数の保持デバイス・セグメント（１２ａ）を含み、少なくとも二つの保持デバイス・セグメント（１２ａ）が、少なくとも一つの運動自由度で前記造形平面（９）に対して、および／または少なくとも一つの運動自由度で互いに対して運動可能であるように配置されていることを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか一つに記載の装置。
20. 生成的に製造されることになる、または製造された三次元物体（２）の、生成的な造形プロセスを実行する枠内で可変である少なくとも一つの物体関連の物体・パラメータのシミュレーションのために設けられている、シミュレーション・デバイス、
    および、前記シミュレーション・デバイスによりシミュレートされた物体関連の物体・パラメータに基づいて、特定の放射特性を示すレーザ・ビーム（５）をそれぞれ生成するための、個々の、複数の、または全てのレーザ・ダイオード素子の動作制御を狙い通りに行うように設けられている、制御デバイス（１１）
    が設けられていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一つに記載の装置。
21. 前記物体関連の物体・パラメータが、生成的な造形プロセスを実行する枠内で生じる、前記生成的に製造されることになる、または製造された三次元物体（２）を貫く熱流であり、および／あるいは、
    前記物体関連の物体・パラメータが、生成的な造形プロセスを実行する枠内で生じる、前記生成的に製造されることになる、または製造された物体（２）の温度または温度分布であり、および／あるいは、
    前記物体関連の物体・パラメータが、生成的な造形プロセスを実行する枠内で生じる、前記生成的に製造されることになる、または製造された三次元物体（２）内の機械負荷、特に応力である
    ことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 放射線生成デバイス（５）により生成されるエネルギ・ビーム（６）を使用して硬化可能な造形材料（４）から成る個々の造形材料層（３）を連続して層ごとに選択的に硬化させることによって、少なくとも一つの三次元物体（２）を生成的に製造するための方法であって、
    前記少なくとも一つの三次元物体（２）を生成的に製造するために、請求項１〜２１のいずれか一つの記載の、少なくとも一つの三次元物体（２）を生成的に製造するための装置（１）を使用することを特徴とする方法。

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