JP2020073356A - ３次元対象物を生成的に作製するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】硬化可能な部材材料から成る部材材料層を、少なくとも１つのエネルギービームを用いて連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより３次元対象物を生成的に作製するための装置【解決手段】硬化可能な部材材料から成る個々の部材材料層を層ごとに選択的に硬化するための少なくとも１つのエネルギービームを発生させるための少なくとも１つの機器を含み、当該機器は、形成面に直接指向されたエネルギービームを発生させるように構成されており、プロセスに起因して形成面から溶解され、硬化していない部材材料及び／又はプロセスに起因して発生するプロセスガスを吸引するように構成された吸引装置を含み、当該吸引装置は、吸引流が通流可能な少なくとも１つの吸引エレメントを含み、該少なくとも１つの吸引エレメントには少なくとも１つの通過開口部が、機器により形成され、形成面に直接指向されたエネルギービームを通過させるために形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、硬化可能な部材材料から成る部材材料層を、少なくとも１つのエネルギービームを用いて連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより３次元対象物を生成的に作製するための装置に関するものである。この装置は、硬化可能な部材材料から成る個々の部材材料層を層ごとに選択的に硬化するための少なくとも１つのエネルギービームを発生させるための少なくとも１つの機器を含み、当該機器は、形成面に直接指向されたエネルギービームを発生させるように構成されている。

この種の装置は、３次元対象物を追加的または生成的に作製するためにそれ自体公知である。相応の装置を用いて、それぞれ作製すべき対象物のそれぞれの横断面領域に相応する領域にある、形成面に取り付けられた硬化可能な部材材料から成る部材材料層を、エネルギービームを用いて連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより、作製すべき３次元対象物が追加的または生成的に形成される。

相応の生成的な形成プロセスの枠内で、硬化されない部材材料粒子（「溶接または焼成飛沫物（Ｓｃｈｗｅｉｓｓ−ｏｄｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｓｐｒｉｔｚｅｒ）」）が形成面から溶解することがあり、またはプロセスガス、とりわけ煤煙または硝煙ガス（Ｒａｕｃｈ−ｏｄｅｒ Ｓｃｈｍａｕｃｈｇａｓ）（「溶接または焼成ガス」）が発生することがある。生成的な形成プロセスまたは作製すべき３次元対象物を害しないようにするため、この種の部材材料粒子またはプロセスガスを、吸引装置を介して吸引することができる。

吸引すべき部材材料粒子または吸引すべきプロセスガスを所期のように、または局所的に吸引可能にするという観点で相応の吸引装置をさらに改善する必要性がある。

本発明の基礎とする課題は、とりわけ吸引すべき部材材料粒子または吸引すべきプロセスガスを所期のように、または局所的に吸引可能にするという観点で改善された、３次元対象物を生成的に作製するための装置を提供することである。

この課題は、請求項１による装置によって解決される。これに従属する請求項は本装置の特別の実施形態に関するものである。この課題はさらに、請求項１６による吸引装置および請求項１７による方法によって解決される。

本明細書に記載される装置は、一般的に、少なくとも１つの３次元対象物、すなわち例えば技術的構成部材または技術的構成部材群を、少なくとも１つの機器により形成された少なくとも１つのエネルギービームを用いて、硬化可能な部材材料から成る個々の部材材料層を連続的に、層ごとに選択的に硬化することによって追加的または生成的に作製するために用いられる。この装置は、選択的レーザ溶融法または選択的レーザ焼成法を実施するための装置とすることができる。

硬化すべき部材材料層の連続的な、層ごとの選択的な硬化は、対象物に関連する形成データに基づいて行われる。相応の形成データは、一般的に、それぞれ生成的に作製すべき３次元対象物（以下、省略して「対象物」と称する）の幾何学的または幾何構造的形態を記述する。相応の形成データは、例えば作製すべき対象物のＣＡＤデータとすることができ、またはそれを含むことができる。

この装置は、生成的な形成プロセスを実施するために典型的に必要な機能コンポーネントを含む。すなわち、部材材料、すなわちとりわけ粒子状または粉体状の金属材料、プラスチック材料および／またはセラミック材料から成る個々の部材材料層を連続的に、層ごとに選択的に硬化するためのエネルギービームを発生させるための、とりわけ短く「機器」と称される、エネルギービーム形成機器と、形成面において硬化すべき部材材料層を形成するための被覆装置とを含む。形成面は、典型的には（垂直方向に）可動に支承された支持装置の支持体エレメントの表面、またはすでに硬化された部材材料層とすることができる。一般的に１つの形成面には、少なくとも１つの選択的に硬化すべきまたは選択的に硬化された部材材料層が形成される。

この機器は、少なくとも１つの、すなわち典型的には複数の、形成面上に直接配置可能または配置されたレーザダイオードエレメント（単数または複数）を含むことができ、レーザダイオードエレメントは、形成面に直接指向されたレーザビームを発生させるように構成されている。ここでレーザダイオードエレメント（単数または複数）は、典型的には本装置に所属する形成またはプロセスチャンバ内に配置されており、このチャンバ内で生成的な形成過程が実施される。

択一的にまたは補充的に当該機器は、少なくとも１つのレーザダイオードエレメントと（光学的に）結合され、かつ形成面上に直接配置可能または配置された少なくとも１つの、すなわち典型的には複数の光学エレメントを含むことができる。光学エレメントは、レーザダイオードエレメントにより形成されたレーザビームを形成面に直接偏向するように構成されている。レーザダイオードエレメント（単数または複数）は、ここでは典型的には本装置に所属する形成またはプロセスチャンバの外部に配置されており、このチャンバ内で生成的な形成過程が実施される。光学エレメントは、１つまたは複数の光学レンズエレメントを含み、かつレーザビームを形成面上に集束するための集束光学系として構成することができ、またはそれを少なくとも１つ含むことができる。光学エレメントとレーザダイオードエレメントとの間の（光学的）結合は、例えば１つまたは複数のグラスファイバケーブルの形態の導光素子を介して行われる。もちろん、少なくとも１つの光学エレメントを複数のレーザダイオードエレメントと結合すること、または少なくとも１つのレーザダイオードエレメントを、適切な光線分配エレメントを介して複数の光学エレメントと結合することが可能である。

レーザダイオードエレメントの配置および結合された光学エレメントの相応の摂理（Ｖｏｒｓｅｈｕｎｇ）に関係なく、当該機器を介して形成されたレーザビームは典型的には、形成面平面を基準にして約９０°の角度で形成面に衝突する。

この種の機器は、「ダイオードレーザ」と称することができ、または見做すことができる。なぜならこの機器は、エネルギーもしくはレーザビームまたはエネルギーもしくはレーザ光線を発生させるためにレーザダイオードエレメントを含むからである。レーザダイオードエレメントとは、レーザ光線を発生させるように構成された半導体素子であると理解される。レーザダイオードエレメントを介して形成可能なレーザビームの特性、すなわちとりわけ光学的特性、すなわち例えば波長は、なかでも使用される半導体材料（単数または複数）に依存する。相応のレーザダイオードエレメントは、例えば０．１から１０Ｗの範囲で放射されるレーザ出力を発生させることができる。もちろんここでは、それより上および／または下の例外も考えられる。

当該機器に所属するレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、すでに述べたように本装置に所属する１つの形成またはプロセスチャンバ内に直接配置することができ、このチャンバ内で生成的な形成過程が実施される。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、相応して形成面上に直接配置することができる。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントと形成面との間には典型的には光学的マスク構成部材が存在しない。相応して、レーザダイオードエレメントを介して形成可能もしくは形成されたレーザビーム、または光学エレメントを介して偏向可能もしくは偏向されたレーザビームは、形成面に直接指向され、形成面に直接衝突する。レーザビームを、光線偏向装置を介して偏向する必要はない。

レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、そのために設けられた、とりわけフレーム状の保持装置のところにまたは保持装置内に配置することができる。このような典型的にはフレーム状の保持装置は、あらかじめ決定可能またはあらかじめ決定された複数の配置位置を有しており、これらの配置位置のところにまたは配置位置内に少なくとも１つのレーザダイオードエレメントまたは少なくとも１つの光学エレメントを配置することができる。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、このような保持装置内では、あらかじめ決定可能またはあらかじめ決定された配置位置のところで、とりわけ（損傷または破壊なしに）着脱可能であり、必要に応じて配置可能または配置されていることができる。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントと保持装置との着脱可能な接続は、例えばレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントの故障の場合に合目的的であり得る。なぜなら故障したレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントを保持装置から簡単に取り出し、交換することができるからである。保持装置は典型的には、これが装置の形成またはプロセスチャンバ内に簡単に配置可能であるように寸法設定されている。

この装置はさらに吸引装置を含み、この吸引装置は、プロセスに起因して、すなわち生成的な形成プロセスの実施中に形成面から、または形成面の融解もしくは溶融された領域から溶解され、硬化していない部材材料（「溶接または焼成飛沫物」）および／あるいはプロセスに起因して、すなわち生成的な形成プロセスの実施中に発生するプロセスガス（「溶接または焼成ガス」）、例えば煤煙または硝煙ガスを吸引するように構成されている。もちろん吸引装置は、該吸引装置を、吸引流を形成する吸引流源、すなわち例えばポンプ装置に接続するために少なくとも１つの接続エレメントを含む。相応の吸引流源は、吸引装置の一構成部分を形成することができる。

吸引流に含まれる部材材料は、分離装置、とりわけフィルタ装置を用いて吸引流から分離することができ、とりわけろ過することができ、場合によっては部材材料特有の再処理の後、新たに生成的な形成プロセスの枠内で再使用することができる。相応の分離装置は、本装置の一構成部分を形成することができる。

吸引装置は、吸引流、すなわち例えば場合により不活性の吸引流体流が通流可能である、または本装置の動作時に通流する少なくとも１つの吸引エレメントを含む。吸引流が通流可能であるようにするため、相応の吸引エレメントは少なくとも１つの内部または通流空間を含む。このような内部または通流空間は、通流チャネルと称することができ、または見做すことができる。

少なくとも１つの吸引エレメントには少なくとも１つの通過開口部が、例えば孔部の形態で、当該機器を介して形成され、形成面に直接指向されたエネルギービームを通過させるために形成されている。したがって相応のエネルギービームが相応の通過開口部を通過することを可能にするため、通過開口部はエネルギービームの延在方向に、すなわち形成面に対してとりわけ鉛直に吸引エレメントを通って延在している。

相応の通過開口部を形成することにより、プロセスに起因して形成面から溶解され、硬化していない部材材料粒子またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを、その発生領域で、すなわちとりわけ形成面に衝突するエネルギービームを用いて行われるエネルギー付与の場所で所期のようにまたは局所的に吸引することができる。形成面から上昇する部材材料またはプロセスガスは、相応の通過開口部を通り、吸引エレメントに含まれており、かつ吸引流が通流する内部または通流空間に吸引され、それと同時に本装置から、少なくとも装置側の形成またはプロセスチャンバから除去される。この点で、それぞれの吸引エレメント側の通過開口部はそれぞれ吸引エレメント側で画定される通流もしくは内部空間に合流し、またはこのいずれかと連通している。「溶接または焼成飛沫物」を吸引することで、作製すべき対象物の品質の改善が達成される。

もちろん１つの吸引エレメントが複数の通過開口部を有することが可能である。各通過開口部は、当該機器を介して形成可能または形成され、形成面に直接指向されたエネルギービームに割り当て可能または割り当てられていることができる。吸引装置が複数の吸引エレメントを含む場合、各吸引エレメントはただ１つの（唯一の）通過開口部を有し、この通過開口部が、当該機器を介して形成され、形成面に直接指向された特定のエネルギービームに割り当てられていることも考えられる。結果として、当該機器が「ダイオードレーザ」として構成されている場合、各通過開口部に１つのレーザダイオードエレメントが割り当て可能または割り当てられていることができる。したがって、特定の通過開口部に割り当てられたレーザダイオードエレメントにより形成されたレーザビームは、これに割り当てられた通過開口部を通って衝突する。

相応の吸引エレメントは、長手の、とりわけパイプ状またはパイプ形の、一般的には中空（シリンダ状）の幾何学的形態を有することができる。ここにはさらに漏斗状の幾何学的形態の相応する吸引エレメントを設けることもでき、それらの横断面は通流方向に拡張または縮小する。いずれの場合でも、吸引エレメント側の少なくとも１つの通過開口部は、吸引エレメントの長手延在方向に対して横方向にこの吸引エレメントを通って延在するように構成されている。したがって吸引流は吸引エレメントを長手方向に、すなわち吸引エレメントの長手延在方向に対して平行に通流する。基本的に吸引エレメントは任意の横断面幾何形状を有することができる。吸引流の通流特性、とりわけ流速は、横断面幾何形状を所期のように調整することにより、すなわちとりわけ横断面を所期のように拡張または縮小することにより所期のように調整することができる（ベンチュリの原理）。このためには吸引エレメントの前記漏斗形の幾何学的形態が貢献することができる。

吸引エレメント、すなわちとりわけ相応の長手の、場合により漏斗形の幾何学的形態を有する吸引エレメントは、合目的的には形成面に対して平行に伸張するように形成面の上方に配置または形成されている。吸引エレメントと形成面との間の間隔は、比較的小さくすることができる。吸引エレメントと形成面との間の比較的小さな間隔により、部材材料またはプロセスガスの吸引効率を高めることができる。具体的には吸引エレメントと形成面との間の間隔は、例えば１から１０ｃｍの範囲、とりわけ５ｃｍ未満とすることができる。さらに下でより詳細に述べるように、吸引エレメントは、少なくとも１の運動自由度で形成面に対して可動に支承することができる。これにより吸引エレメントと形成面との間の間隔を可変に変化可能とすることができる。同じように吸引エレメントは、必要に応じて、被覆装置の運動経路から移動することができる。これにより吸引エレメントは被覆装置を被覆過程の際に妨げない。

すでに述べたように、吸引装置は複数の吸引エレメントを含むことができる。所期の摂理によっても、すなわちとりわけ複数の吸引エレメントを配置および／または互いに接続することによっても、部材材料またはプロセスガスの吸引効率を高めることができる。複数の吸引エレメントの数および配置を適切に選択することにより、吸引装置は簡単に、任意の数のビーム源に、すなわちとりわけレーザダイオードエレメントに、または任意に成形された形成もしくはプロセスチャンバに、または任意に成形された形成面に適合され得る。

吸引エレメントの配置に関して、少なくとも１つの第１の吸引エレメントが形成面に対して第１の配向で配置または形成され、少なくとも１つのさらなるまたは第２の吸引エレメントが第１の吸引エレメントに対して平行にまたは角度を成して、とりわけ鉛直に配置または形成されていることが可能である。とりわけ、同じ配向で平行の第１の吸引エレメントの群と、同じ配向で平行のさらなるまたは第２の吸引エレメントの群を形成することができる。かくて例えば交差箇所で交差する吸引エレメントの格子（網）状の配置を形成することができる。ここで第１の群は、互いに平行に配置された複数の第１の吸引エレメントを含み、これらの第１の吸引エレメントはそれぞれ形成面に対して第１の配向で配置または形成されている。そして少なくとも１つの第２またはさらなる群は、互いに平行に配置された複数の第２またはさらなる吸引エレメントを含み、これらの第２またはさらなる吸引エレメントはそれぞれ第１の配向に対して角度を成して、とりわけ鉛直に延在するさらなるまたは第２の配向で配置または形成されている。

長手の、とりわけパイプ状またはパイプ形の吸引エレメントは、吸引流が通流可能である、とりわけパイプ状またはパイプ形の少なくとも１つの通流部分と、少なくとも１つの通過開口部が設けられた少なくとも１つの吸引または通過部分とを有することができる。ここで少なくとも１つの通流部分および少なくとも１つの吸引部分は、少なくとも１つの接続部分を介して互いに連通している。したがって通過開口部を介して吸引された、プロセスに起因して形成面から溶解し、硬化していない部材材料および／またはプロセスに起因して発生するプロセスガスは接続部分を介して通流部分に達する。別個の通流部分および吸引部分の相応の摂理は、吸引エレメントの時間ごとに形成される堆積物または不純物に関して合目的的にすることができる。それぞれの通流部分と吸引部分との間の接続部分は、湾曲して、または屈曲して延在することができる。

接続部分には、例えばバルブ装置の形態の調整装置またはバルブ装置を含む調整装置を接続することができる。この調整装置は、それぞれの通流部分と吸引部分との間の接続を必要に応じて阻止または解放する。合目的的な実施形態では、複数の通流部分と連通する１つの吸引部分が設けられる。これにより、例えば洗浄液による洗浄によって堆積物、不純物等を第１の通流部分から除去するために、例えば第１の通流部分と吸引部分との間の接続を阻止するという可能性が得られる。ここで部材材料および／またはプロセスガスの吸引は、さらなる通流部分を介して依然として可能である。

長手の、とりわけパイプ状またはパイプ形の、場合により漏斗形の幾何学的形態の他に、吸引エレメントは、プレート状またはプレート形の幾何学的形態を有することもできる。したがって具体的には、吸引エレメントは、少なくとも１つの通過開口部を有しており、かつ通流チャネル構造体により貫通された吸引プレートとしても構成されていることができる。相応の吸引プレートまたは相応の通流チャネル構造体は、場合により互いに連通する複数の通流チャネルを含み、これらの通流チャネルは吸引プレートを通って延在している。典型的には少なくとも１つの通過開口部はそれぞれの通流チャネルに合流する。相応の吸引プレートは、典型的には形成面に対して平行に延在するように形成面の上方に配置または形成されている。

相応の吸引プレートの幾何学的寸法は、これが形成面の平面の少なくとも一部分、とりわけ形成面全体を覆うように平面状に寸法設定されている。形成面を平面状に完全に覆うことは、相応の部材材料粒子またはプロセスガスを理想的に吸引するという観点で合目的的であり得る。

それらの具体的な幾何学的形態には関係なく、吸引エレメントは典型的には形成面に対して平行に伸張する平面内に延在する。それにもかかわらず複数の吸引エレメントが、とりわけ互いにずらされて、典型的には形成面に対してそれぞれ平行に伸張する複数の平面に重ねて配置されていることも考えられる。吸引エレメントを、とりわけずらして、複数の平面に重ねて配置することにより、構造的に特にコンパクトであり、したがって面積当たりまたは空間単位当たりの吸引能力の観点で特に効率的な吸引装置が得られ得る。

さらにそれらの具体的な幾何学的形態には関係なく、少なくとも２つの吸引エレメントは直接互いに連通または互いに接続することができる。またはこれら２つの吸引エレメントは、これらを接続し、かつ同様に吸引流が通流可能であり、または本装置の動作時に通流する少なくとも１つの接続エレメントを中間接続して、間接的に互いに連通または互いに接続することができる。それぞれの接続エレメントを介して互いに接続された吸引エレメントにより、またはこれらの吸引エレメントをそれぞれ画定し、かつ吸引流が通流可能もしくは通流する内部空間により、分岐された１つの通流チャネル構造体を形成することができる。この種の構成では吸引装置の構造を簡素化することができ、吸引流を形成する吸引流源に吸引装置を接続するための接続エレメントの数を低減することができる。

さらに上にすでに述べたように、吸引エレメントは少なくとも１の運動自由度で形成面に対して可動に支承することができる。吸引エレメントの運動は、適切な、すなわちとりわけ（電気）モーター式の、吸引エレメントと連結可能または連結された駆動および／または案内装置を介して行われる。吸引エレメントの運動は、少なくとも１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１つの回転軸を中心にする回転運動自由度を含むことができる。したがって吸引エレメントの運動は、例えば線形運動、回転運動、揺動運動または旋回運動とすることができる。もちろん複数の種々の運動自由度が組み合わされた運動が可能である。

吸引エレメントの可動の支承は、とりわけレーザダイオードエレメントの同様に可動の支承との関連で合目的的である。さらにレーザダイオードエレメントの可動の支承は、レーザダイオードエレメントをこのために設けられた、形成面に対して同様に少なくとも１の運動自由度で可動に支承された保持装置のところに、または保持装置内に配置することによって実現することができる。

このような保持装置の運動も、適切な、すなわちとりわけ（電気）モーター式の、保持装置と連結可能または連結された駆動および／または案内装置を介して行われる。もちろんここでこの装置は、吸引エレメントも形成面に対して移動させるのと同じ駆動および／または案内装置とすることができる。保持装置の運動を介して、保持装置をこれにまたはこの中に配置されたレーザダイオードエレメントと共に、照明すべき形成面に対する具体的な照明状況に鑑みて運動させることも可能である。吸引エレメントの運動と同じように、保持装置の運動も、少なくとも１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１つの回転軸を中心にする回転運動自由度を含むことができる。したがって保持装置の運動も同様に、例えば線形運動、回転運動、揺動運動または旋回運動とすることができる。もちろん同様に、複数の種々の運動自由度が組み合わされた運動も可能である。

吸引エレメントおよび保持装置の運動は、適切な制御装置を介して次のように互いに整合することができる。すなわち、保持装置のところにまたは保持装置内にそれぞれ配置されたレーザダイオードエレメントと、吸引エレメント側のそれぞれの通過開口部との相対位置が、レーザダイオードエレメントにより形成可能または形成されたレーザビームの吸引エレメント側のそれぞれの通過開口部の通過を可能にするように互いに整合することができる。とりわけ吸引エレメントと保持装置の運動の整合は、互いに割り当てられた通過開口部とレーザダイオードエレメントの相対位置が不変に留まるように行うことができる。

吸引エレメントまたは保持装置の運動は、形成面の照射と同時に行うことができる。吸引エレメントまたは保持装置は、形成面の照射と関連して種々の運動自由度でも、または種々の運動経路で形成面に対して相対的にも運動させることができる。このようにして、種々異なる硬化構造、すなわち例えば硬化すべき部材材料層が形成される溶接継ぎ目および作製すべき対象物内の残留応力を低減することができ、このことは作製すべき対象物の品質にポジティブに作用する。吸引エレメントまたは保持装置は、まず、例えば第１の、例えば線形の運動軸により規定される第１の運動経路に沿って形成面の上で移動され、続いて、さらなる例えば線形の運動軸により規定されるさらなる運動経路に沿って形成面の上で移動され得る。さらなる運動経路は、例えば第１の運動経路に対して角度を成して、とりわけ直交して延在することができる。

保持装置が形成面に対して運動可能に支承されていない場合については、当該機器が複数のレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントを含むことができ、これらが形成面の平面の少なくとも一部分または部分面、とりわけ形成面全体を覆う。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントを相応に平面状に対応して配置することにより、とりわけ形成面が平面状に完全に覆われている場合、保持装置は、これにまたはこの中に配置されたレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントと共に、形成面に対する具体的な照明状況に鑑みて運動する必要はない。ここでは保持装置と連結可能または連結された駆動および／または案内装置は設けられておらず、このことは本装置のレイアウト技術的または制御技術的構造を場合によっては簡素化する。

相応の保持装置が形成面に対して可動にまたは不動に支承されていることには関係なく、少なくとも１つのレーザダイオードエレメントまたは少なくとも１つの光学エレメントは（も）、保持装置に対して少なくとも１の運動自由度で、したがって形成面に対しても可動に保持装置のところにまたはその中に配置可能または配置されていることができる。保持装置に対する個々の、複数のまたは全てのレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントの運動を介して、例えばレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントを、形成面に対する具体的な照明状況を鑑みて運動させることが可能である。同様に、個々の、複数のまたは全てのレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントを、それぞれ形成可能または形成されたレーザビームが形成面から離れるように指向されている非作動状態に運動させること、すなわちとりわけ揺動または旋回させることができる。レーザダイオードエレメントまたは光学エレメントの運動も、少なくとも１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１つの回転軸を中心にする回転運動自由度を含むことができる。したがってレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントの運動も、例えば線形運動、回転運動、揺動運動または旋回運動とすることができる。もちろんここでも、複数の種々の運動自由度が組み合わされた運動が可能である。

同様にレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントの運動は、形成面の照射と同時に行うことができる。個々の、複数のまたは全てのレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、形成面の照射と関連して種々の運動自由度でも、または種々の運動経路で形成面に対して相対的にも運動させることができる。このようにしても、種々異なる硬化構造、すなわち例えば硬化すべき部材材料層が形成される溶接継ぎ目およびプロセスに起因して発生する作製すべき対象物内の残留応力を低減することができ、このことは作製すべき対象物の品質にポジティブに作用する。個々の、複数のまたは全てのレーザダイオードエレメントまたは光学エレメントは、まず、例えば第１の、例えば線形の運動軸により規定される第１の運動経路に沿って形成面上で移動され、続いて、さらなる例えば線形の運動軸により規定されるさらなる運動経路に沿って形成面上で移動され得る。さらなる運動経路は、例えば第１の運動経路に対して角度を成して、とりわけ直交して延在することができる。

本発明はさらに、硬化可能な部材材料から成る部材材料層を少なくとも１つのエネルギービームによって連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより３次元対象物を生成的に作製するための（記載したような）装置に対する吸引装置に関するものである。この吸引装置は、硬化可能な部材材料から成る個々の部材材料層を層ごとに選択的に硬化するための少なくとも１つのエネルギービームを発生させるための少なくとも１つの機器を含む。この少なくとも１つの機器は、形成面に直接指向されたエネルギービームを発生させるように構成されている。吸引装置は、プロセスに起因して形成面から溶解され、硬化していない部材材料および／またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを吸引するように構成され、吸引流が通流可能なまたは通流する少なくとも１つの吸引エレメントを含むことを特徴とする。この少なくとも１つの吸引エレメントには少なくとも１つの通過開口部が、装置側の機器により形成され、形成面に直接指向されたエネルギービームを通過させるために形成されている。本装置に関連する全ての形態は、吸引装置に対しても同じように当てはまる。

さらに本発明は、ビーム形成機器により形成されたエネルギービームを用いて、硬化可能な部材材料から成る個々の部材材料層を連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより少なくとも１つの３次元対象物を生成的に作製するための方法に関する。この方法は、プロセスに起因して形成面から溶解され、硬化していない部材材料および／またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを吸引するために、すでに述べたような吸引装置が使用されることを特徴とする。本装置に関連する全ての実施形態は、本方法に対しても同じように当てはまる。

本発明を、図面に示された実施例に基づいてより詳細に説明する。

一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。

図１は、一実施例による一装置１の基本図である。この装置１は、３次元対象物２、すなわち例えば技術的構成部材または技術的構成部材群を、機器４（レーザビーム形成機器）により形成された少なくとも１つのエネルギービームまたはレーザビームを用いて、硬化可能な部材材料３から成る部材材料層を連続的に、層ごとに選択的に硬化することによって生成的に作製するために用いられる。

それぞれ硬化すべき部材材料層を連続的に、層ごとに選択的に硬化することは、機器４により形成された１つまたは複数のレーザビーム５を、特定の、作製すべき対象物２の層に関連するそれぞれの横断面幾何形状に相応する、それぞれの部材材料層の硬化すべき領域に選択的に指向するように行われる。

それぞれ硬化すべき部材材料層は、水平に配向された矢印６により示されるように可動に支承された被覆装置７を用いて装置１の形成チャンバ８内で形成される。形成チャンバ８内には、典型的には不活性ガス雰囲気、すなわち例えばアルゴンまたは窒素雰囲気が存在する。

硬化可能な部材材料３は、金属粉末（混合物）、すなわち例えばアルミニウム粉末、および／またはプラスチック粉末（混合物）、すなわち例えばポリエーテルエーテルケトン粉末、および／またはセラミック粉末（混合物）、すなわち例えば酸化アルミニウム粉末とすることができる。

機器４は、形成チャンバ８内に直接配置されており、レーザビーム５を発生させるために、複数の例えばマトリクス状に、すなわち行と列に配置されたレーザダイオードエレメント１０を含み、これらのレーザダイオードエレメント１０は、形成面９に直接指向されたレーザビーム５を発生させるようにそれぞれ構成されている。したがってレーザダイオードエレメント１０を介して形成されたレーザビーム５は、形成面平面を基準にして９０°の角度の下で形成面９に衝突する。この機器４は、「ダイオードレーザ」と称することができ、または見做すことができる。

レーザダイオードエレメント１０は、このために設けられた、とりわけフレーム状の保持装置１１のところにまたは保持装置内に配置されている。保持装置１１は、あらかじめ決定可能なまたはあらかじめ決定された複数の配置位置を有し、これらの配置位置のところにまたは配置位置内に少なくとも１つのレーザダイオードエレメント１０が配置可能である。レーザダイオードエレメント１０は、保持装置１１内であらかじめ決定可能なまたはあらかじめ決定された配置位置のところで、とりわけ（損傷または破壊なしで）着脱可能であり、必要に応じて配置可能または配置されている。

装置１はさらに吸引装置１２を含み、この吸引装置１２は、プロセスに起因して、すなわち生成的な形成プロセスの実施中に形成面９から、または形成面９の融解もしくは溶融された領域から溶解され、硬化していない部材材料３（「溶接または焼成飛沫物」）および／あるいはプロセスに起因して、すなわち生成的な形成プロセスの実施中に発生するプロセスガス、すなわち例えば煤煙または硝煙ガスを吸引するように構成されている。吸引装置１２は、より詳細に図示しない接続エレメントを介して、矢印１４により示された吸引流を形成する吸引流源１３、すなわち例えばポンプ装置に接続されている。吸引流は、場合により不活性の吸引流体流、すなわち例えばアルゴン流または窒素流である。

吸引流に含まれる部材材料３は、オプションの分離装置１５、とりわけフィルタ装置を用いて吸引流から分離、とりわけろ過することができ、場合によっては部材材料特有の再処理の後、新たに生成的な形成プロセスの実施の枠内で再使用することができる。

吸引装置１２は、吸引流が通流する少なくとも１つの吸引エレメント１６を含む。相応の吸引エレメント１６の種々の実施例が図２から図４に示されている。

図２に示された実施例に基づき、吸引エレメント１６は内部または通流空間１７を画定することが分かる。このような内部または通流空間１７は通流チャネルと称することができ、または見做すことができる。図２に基づきさらに、吸引エレメント１６には複数の通過開口部１８が、例えば孔部の形態で、機器４により形成され、形成面９に直接指向されるレーザビーム５をそれぞれ通過させるために形成されていることが分かる。それぞれの通過開口部１８は、吸引エレメント側で画定された内部または通流空間１７に合流している。相応のレーザビーム５が相応の通過開口部１８を通過することを可能にするため、通過開口部１８はレーザビーム５の延在方向に、すなわちとりわけ形成面９に対して鉛直に吸引エレメント１６を通って延在している。

相応の通過開口部１８を形成することにより、プロセスに起因して形成面９から溶解され、硬化していない部材材料粒子またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを、その発生領域で、すなわちとりわけ形成面９に衝突するレーザビーム５を用いて行われるエネルギー付与の場所で所期のようにまたは局所的に吸引することができる。形成面９から上昇する部材材料またはプロセスガスは、相応の通過開口部１８を通り、吸引エレメント１６により画定され、かつ吸引流が通流する内部または通流空間１７に吸引され、それと同時に装置１、少なくとも形成チャンバ８から除去される。「溶接または焼成飛沫物」を吸引することで、作製すべき対象物２の品質の改善が得られる。

各通過開口部１８は、機器４により形成可能または形成され、形成面９に直接指向されるレーザビーム５に割り当て可能または割り当てられている。したがって各通過開口部１８には１つのレーザダイオードエレメント１０が割り当て可能または割り当てられている。したがって、特定の通過開口部１８に割り当てられたレーザダイオードエレメント１０により形成されたレーザビーム５は、これに割り当てられた通過開口部１８を通って衝突する。

図２に示された実施例では、吸引エレメント１６が長手の、とりわけパイプ状またはパイプ形の、一般的には中空（シリンダ状）の幾何学的形態を有し、この幾何学的形態は例として円形または丸い横断面幾何形状を備える。それぞれの吸引エレメント側の通過開口部１８は、それぞれの吸引エレメント１６の長手延在方向に対して横方向に、それぞれの吸引エレメント１６を通って延在するように構成されている。吸引流は吸引エレメント１６を長手方向に、すなわち吸引エレメントの長手延在方向に対して平行に通流する。

吸引エレメント１６は、形成面９に対して平行に伸張するように形成面９の上方に配置されている。吸引エレメント１６と形成面９との間の間隔ｄは、比較的小さくすることができる。吸引エレメント１６と形成面９との間の比較的小さな間隔ｄにより、部材材料３またはプロセスガスの吸引効率を高めることができる。具体的には吸引エレメント１６と形成面９との間の間隔ｄは、例えば１から１０ｃｍの範囲、とりわけ５ｃｍ未満とすることができる。

吸引エレメント１６は、少なくとも１の運動自由度で形成面９に対して可動に支承することができる。これにより吸引エレメント１６と形成面９との間の間隔ｄは、可変に変化可能である（図５と所属の説明を参照）。同じように吸引エレメント１６は、このようにして必要な場合には被覆装置７の運動経路から移動させることができる。これにより吸引エレメント１６は被覆装置７を被覆過程の際に妨げない。

図３は、複数の吸引エレメント１６が隣接した、すなわち典型的には平行に配置された一実施例を示し、これらの吸引エレメント１６には、図２に示した実施例とは異なりそれぞれ１つの（唯一の）通過開口部１８だけが設けられている。それぞれの吸引エレメント側の通過開口部１８は、機器４により形成され、形成面９に直接指向される１つの特定のエネルギービーム５に割り当てられており、したがって１つの特定のレーザダイオードエレメント１０に割り当てられている。

形成面９の平面図を示す図４に基づき、吸引装置１２は複数の吸引エレメント１６を含むことができることが分かる。複数の吸引エレメント１６の数および配置を適切に選択することにより、吸引装置１２は簡単に、任意の数のビーム源、すなわちとりわけレーザダイオードエレメント１０に、または任意に成形された形成チャンバ８または任意に成形された形成面９に適合され得る。

図４に示された実施例では、形成面９に対して第１の配向（水平の配向）で延在して配置された第１の吸引エレメント１６ａと、第１の吸引エレメント１６ａに対して角度を成して、とりわけ鉛直に延在して配置された第２の吸引エレメント１６ｂとが示されている。

したがって同じまたは平行に配向された第１の吸引エレメント１６ａの群と、同じまたは平行に配向された第２の吸引エレメント１６ｂの群を形成することができる。ここから図３に示した交差箇所で交差する吸引エレメント１６ａ，１６ｂの格子（網）状の配置が得られる。ここで第１の群は、互いに平行に配置または配向された複数の第１の吸引エレメント１６ａを含み、これら第１の吸引エレメント１６ａは形成面９に対してそれぞれ第１の配向で配置されている。第２の群は、互いに平行に配置または配向された複数の第２の吸引エレメント１６ｂを含み、これら第２の吸引エレメント１６ｂはそれぞれ第１の配向に対して角度を成して、とりわけ鉛直に延在する第２の配向で配置されている。

図４に基づき、少なくとも２つの吸引エレメント１６，１６ａ，１６ｂは、直接互いに連通または互いに接続することができることが分かる。さらに破線の図示は、少なくとも２つの吸引エレメント１６，１６ａ、１６ｂは、これらを接続し、かつ同様に吸引流が通流する少なくとも１つの接続エレメント１９を中間接続して間接的に互いに連通または互いに接続することができる可能性を示している。それぞれの接続エレメント１９を介して互いに接続された吸引エレメント１６，１６ａ、１６ｂにより、またはそれぞれ画定され、かつ吸引流が通流可能もしくは通流する内部もしくは通流空間１７により、分岐された通流チャネル構造体を形成することができる。

図５に装置１の形成チャンバ８の一部の斜視図に示された実施例に基づき、吸引エレメント１６は、プレート状またはプレート形の幾何学的形態を有することもできることが分かる。図５に示された吸引エレメント１６は、マトリクス状に、すなわち行と列に配置された複数の通流開口部１８を有し、かつ通流チャネル構造体が貫通する一吸引プレートとして構成されている。この吸引プレートは、互いに連通しており、破線で示され、通流チャネル構造体を形成するチャネル状の複数の内部または通流空間１７を含んでおり、これらの内部または通流空間１７は吸引プレートを通って延在している。少なくとも１つの通流開口部１８が、それぞれ内部または通流空間１７の１つに合流することが分かる。内部または通流空間１７は、通流チャネルと称することができ、または見做すことができる。

吸引プレートの幾何学的寸法は、これらが形成面９を平面状に完全に覆うように平面状に寸法設定されている。形成面９を平面状に完全に覆うことは、相応の部材材料粒子またはプロセスガスを理想的に吸引するという観点で合目的的である。

図には、形成面９に対してそれぞれ平行に伸張する吸引エレメント１６の配置が示されている。それにもかかわらず、複数の吸引エレメント１６が、とりわけ互いにずらされ、典型的には形成面９に対してそれぞれ平行に伸張する複数の平面に重ねて配置されていることも考えられる。

図６に示された実施例に基づき吸引エレメント１６が、すでに述べたように少なくとも１の運動自由度で、形成面９に対して可動に支承可能であることを説明する。吸引エレメント１６の可動の支承は、基本的にその幾何学的形態とは無関係である。吸引エレメント１６の運動は、適切な、すなわちとりわけ（電気）モーター式の、これと連結可能または連結された駆動および／または案内装置（図示せず）を介して行われる。図６に示された実施例で吸引エレメント１６の運動は、二重矢印２０により示された並進軸に沿った並進運動を含む。吸引エレメント１６は、破線で第２の位置に示されており、吸引エレメント１６は第１の位置から発してこの第２の位置に移動されている。基本的に吸引エレメント１６の運動は、並進軸に沿った並進運動自由度および／または回転軸を中心にする回転運動自由度を含むことができる。もちろん複数の種々の運動自由度が組み合わされた運動が可能である。

吸引エレメント１６の可動の支承は、とりわけレーザダイオードエレメント１０の同様に可動の支承と関連して合目的的である。レーザダイオードエレメント１０の可動の支承は、図６に示された実施例では、レーザダイオードエレメント１０が、形成面９に対して同様に少なくとも１の運動自由度で可動に支承された保持装置１１のところにまたは保持装置内に配置されていることにより実現される。

保持装置１１の運動は、同様に適切な、すなわちとりわけ（電気）モーター式の、これと連結可能または連結された駆動および／または案内装置（図示せず）を介して行われる。もちろんここでこれは、やはり吸引エレメント１６を形成面９に対して移動させる同じ駆動および／または案内装置とすることができる。図６に示された実施例で保持装置１１の運動は、二重矢印２１により示された並進軸に沿った並進運動を含む。保持装置１１は、破線で第２の位置に示されており、この保持装置１１は第１の位置から発してこの第２の位置に移動されている。吸引エレメント１６の運動と同じように、保持装置１１の運動も、並進軸に沿った並進運動自由度および／または回転軸を中心にする回転運動自由度を含むことができる。もちろん同様に、複数の種々の運動自由度が組み合わされた運動も可能である。

吸引エレメント１６および保持装置１１の運動は、適切な制御装置（図示せず）を介して次のように互いに整合することができる。すなわち、保持装置１１のところにまたは保持装置内にそれぞれ配置されたレーザダイオードエレメント１０と、吸引エレメント側のそれぞれの通過開口部１８との相対位置が、レーザダイオードエレメント１０により形成可能または形成されたレーザビーム５の吸引エレメント側のそれぞれの通過開口部１８の通過を可能にするように互いに整合することができる。とりわけ吸引エレメント１６と保持装置１１の運動の整合は、互いに割り当てられた通過開口部１８とレーザダイオードエレメント１０との相対位置が不変に留まるように行うことができる。

吸引エレメント１６または保持装置１１の運動は、形成面９の照射と同時に行うことができる。吸引エレメント１６または保持装置１１は、形成面９の照射と関連して種々の運動自由度でも、または種々の運動経路で形成面９に対して相対的にも運動させることができる。このようにして、種々異なる硬化構造、すなわち例えば硬化すべき部材材料層が形成される溶接継ぎ目および作製すべき対象物２における残留応力を低減することができ、このことは作製すべき対象物２の品質にポジティブに作用する。吸引エレメント１６または保持装置１１は、まず例えば第１の、例えば線形の運動軸により規定される第１の運動経路に沿って形成面９の上で移動され、続いてさらなる、例えば線形の運動軸により規定されるさらなる運動経路に沿って形成面９の上で移動される。このさらなる運動経路は、例えば第１の運動経路に対して角度を成して、とりわけ直交して延在することができる。

図７は、吸引エレメント１６のさらなる一実施例を示す。図７に断面図で示された吸引エレメント１６は同様に長手の幾何学的形態を有する。吸引エレメント１６は、吸引流が通流可能なパイプ状またはパイプ形の通流部分２２と、少なくとも１つの通流開口部１８が設けられた吸引部分２３とを有する。もちろん複数の相応の吸引部分２３を設けることもできよう。通流部分２２は、内部または通流空間１７を画定する。通流部分２２と吸引部分２３は、接続部分２４を介して互いに連通するように接続されている。したがって通流開口部１８を介して吸引された部材材料３および／またはプロセスガスは接続部分２４を介して通流部分２２に達する。接続部分２４は、図７に例として示すように「屈曲部」の形で湾曲させて、または屈曲して延在することができる。

図８は、吸引エレメント１６のさらなる一実施例を示し、この吸引エレメント１６は、図７に示した実施例とは異なり２つの通流部分２２を有する。接続部分２４には、バルブ装置の形態の２つの調整装置２５が接続されており、これらの調整装置２５は、それぞれの通流部分２２と吸引部分２３との間の接続を必要に応じて阻止または解放する。このようにして、例えば洗浄液による洗浄によって第１の通流部分２２から堆積物、不純物等を除去するために、第１の通流部分２２と吸引部分２３との間の接続を阻止することができる。ここで部材材料３および／またはプロセスガスの吸引は、他方の通流チャネル２３を介して依然として可能である。

図に示された実施例に示された装置１を用いて、硬化可能な部材材料３の個々の部材材料層を、レーザビーム５により連続的に、層ごとに選択的に硬化することによって対象物２を生成的に作製するための方法が実現され得る。この方法は、基本的に選択的レーザ溶接法または選択的レーザ焼成法とすることができる。この方法は、プロセスに起因して構造面９から溶解され、硬化していない部材材料３および／またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを吸引するために、相応の吸引装置１２が使用されることを特徴とする。

１ 装置
２ 対象物
３ 部材材料
４ 機器
５ レーザビーム
６ 二重矢印
７ 被覆装置
８ 形成チャンバ
９ 形成面
１０ レーザダイオードエレメント
１１ 保持装置
１２ 吸引装置
１３ 吸引流源
１４ 矢印
１５ 分離装置
１６ 吸引エレメント
１６ａ 吸引エレメント
１６ｂ 吸引エレメント
１７ 内部または通流空間
１８ 通過開口部
１９ 接続エレメント
２０ 二重矢印
２１ 二重矢印
２２ 通流部分
２３ 吸引部分
２４ 接続部分
ｄ 間隔

一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 一実施例による一３次元対象物を生成的に作製するための一装置の基本図である。 吸引エレメントのさらなる一実施例を示す図である。

Claims (1)

1. 追加的に硬化可能な部材材料（３）から成る部材材料層を、少なくとも１つのエネルギービーム（５）を用いて連続的に、層ごとに選択的に硬化することにより３次元対象物（２）を生成的に作製するための装置（１）であって、
   硬化可能な部材材料（３）から成る個々の部材材料層を層ごとに選択的に硬化するための少なくとも１つのエネルギービーム（５）を発生させるための少なくとも１つの機器（４）を含み、前記機器（４）は、形成面（９）に直接指向されたエネルギービーム（５）を発生させるように構成されている、装置において、
   プロセスに起因して前記形成面（９）から溶解され、硬化していない部材材料（３）および／またはプロセスに起因して発生するプロセスガスを吸引するように構成され、吸引流が通流可能なまたは通流する少なくとも１つの吸引エレメント（１６）を含み、少なくとも１つの前記吸引エレメント（１６）には少なくとも１つの通過開口部（１８）が、前記機器（４）により形成され、前記形成面（９）に直接指向されたエネルギービーム（５）を通過させるために形成されている吸引装置（１２）を備えている
   ことを特徴とする装置。