JP2021514309A - How to align a multi-beam irradiation system - Google Patents
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Abstract
電磁又は粒子放射で原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を製造するための装置10に使用するためのマルチビーム照射システム20を整列する方法は、i)照射システム20によって発せられた放射ビーム24a、24bで照射される照射平面Sを画定するようにキャリア16上に第1原料粉末層を塗布するステップと、ii)照射システム20の較正済み第1照射ユニット22aによって発せられた第1放射ビーム24aを使用して照射平面Sの重なりゾーン18cにおいて第1原料粉末層に第1テスト構造体34を製造するステップと、iii)照射システム20の較正済み第2照射ユニット22bによって発せられた第2放射ビーム24bを使用して照射平面Sの重なりゾーン18cにおいて第1原料粉末層に第2テスト構造体36を製造するステップと、iv)照射平面Sにおける第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを測定するステップと、v)オフセットが閾値を上回らないように第1と第2テスト構造体34、36の間の測定オフセットdxt、dytに基づいて第1及び第2構成済み照射ユニット22a、22bの少なくとも一方を整列するステップと、を含む。The method of aligning the multi-beam irradiation system 20 for use in the apparatus 10 for manufacturing a three-dimensional processed product by irradiating the layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation was emitted by i) the irradiation system 20. The step of applying the first raw material powder layer on the carrier 16 so as to define the irradiation plane S irradiated by the radiation beams 24a and 24b, and ii) the first irradiation unit 22a emitted by the calibrated first irradiation unit 22a of the irradiation system 20. The step of manufacturing the first test structure 34 on the first raw material powder layer in the overlapping zone 18c of the irradiation plane S using one radiation beam 24a and iii) emitted by the calibrated second irradiation unit 22b of the irradiation system 20. The step of manufacturing the second test structure 36 in the first raw material powder layer in the overlapping zone 18c of the irradiation plane S using the second radiation beam 24b, and iv) the first and second test structures in the irradiation plane S. The step of measuring the offset dxt, dyt between 34 and 36, and v) the first based on the measured offset dxt, dyt between the first and second test structures 34, 36 so that the offset does not exceed the threshold. And a step of aligning at least one of the second configured irradiation units 22a, 22b.
Description
本発明は、電磁放射又は粒子放射により原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を生産するための装置に使用するためのマルチビーム照射システムを整列する方法に関する。更に、本発明は、マルチビーム照射システムを備える、電磁又は粒子放射により原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を生産するための装置を操作する方法に関する。 The present invention relates to a method of aligning a multi-beam irradiation system for use in an apparatus for producing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic radiation or particle radiation. Furthermore, the present invention relates to a method of operating an apparatus for producing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder by electromagnetic or particle radiation, which comprises a multi-beam irradiation system.
粉末床溶融は、粉末の特に金属及び/又はセラミック原料を複雑な形状の三次元加工品に加工できる付加積層プロセスである。このために、原料粉末層は、キャリア上に塗布されて、製造予定の加工品の所望の形状に応じて、サイト選択的にレーザー放射を受ける。粉末層に貫入するレーザー放射は、原料粉末粒子の加熱を、したがって融解又は焼結を生じる。その後、加工品が所望の形状及びサイズを持つまで、更なる原料粉末層が、既に照射処理を受けたキャリア上の層に順次塗布される。選択的レーザー融解又はレーザー焼結は、例えば、CADデータに基づく、原型、ツール、交換部品、又は歯科又は整形外科用プロテーゼなどの医療用プロテーゼの製造に使用できる。 Powder bed melting is an additional lamination process that allows powders, especially metal and / or ceramic raw materials, to be processed into complex shaped three-dimensional processed products. To this end, the raw material powder layer is applied onto the carrier and is site-selectively exposed to laser radiation, depending on the desired shape of the processed product to be manufactured. Laser radiation penetrating the powder layer causes heating of the raw material powder particles, thus melting or sintering. Then, additional raw material powder layers are sequentially applied to the layers on the carriers that have already been irradiated until the processed product has the desired shape and size. Selective laser melting or laser sintering can be used, for example, in the manufacture of prototypes, tools, replacement parts, or medical prostheses such as dental or orthopedic prostheses, based on CAD data.
粉末床溶融プロセスによって粉末原料から鋳造体を製造するための装置は、例えば欧州特許第1793979(B1)号明細書(特許文献1)において説明される。先行技術の装置は製造予定の成形体のための複数のキャリアを収容するプロセス室を備える。粉末層貫通システムは、キャリア上にレーザービームで照射される原料粉末を塗布するためにキャリア全体を前後左右に移動できる粉末容器ホルダを備える。プロセス室は、供給ラインを備える保護ガス回路に接続され、供給ラインを介して、保護ガスは、プロセス室内に保護ガス環境を確立するためにプロセス室へ供給できる。 An apparatus for producing a cast from a powder raw material by a powder bed melting process is described, for example, in European Patent No. 1793979 (B1) (Patent Document 1). The prior art device comprises a process chamber accommodating multiple carriers for the part to be manufactured. The powder layer penetration system includes a powder container holder that can move the entire carrier back and forth and left and right to apply the raw material powder irradiated by the laser beam onto the carrier. The process chamber is connected to a protective gas circuit having a supply line, through which the protective gas can be supplied to the process chamber to establish a protective gas environment in the process chamber.
粉末原料を照射することによって三次元加工品を製造するための装置に採用できる代表的照射システムは、欧州特許第2335848(B1)号明細書(特許文献2)において説明される。照射システムは、放射源特にレーザー源と、光学ユニットと、を備える。放射源によって発せられる放射ビームを与えられる光学ユニットは、ビームエクスパンダと、スキャナユニットと、fθレンズの形式で設計される対物レンズと、を備える。 A typical irradiation system that can be adopted in an apparatus for producing a three-dimensional processed product by irradiating a powder raw material is described in European Patent No. 2335848 (B1) (Patent Document 2). The irradiation system includes a radiation source, particularly a laser source, and an optical unit. The optical unit to which the radiation beam emitted by the radiation source is given includes a beam expander, a scanner unit, and an objective lens designed in the form of an fθ lens.
照射システム、及び特に粉末原料を照射することによって三次元加工品を生産するための装置に採用される光学ユニットを較正するために、いわゆるバーンオフホイルを、装置の通常作動時に照射対象の原料粉末層を支えるキャリアに塗布できる。その後バーンオフホイルを事前設定されたパターンに従って照射して、ホイル上に照射パターンのバーンオフ画像を展開する。バーンオフ画像は、デジタル化され、照射パターンのデジタル基準画像と比較される。デジタル化バーンオフ画像と基準画像との間の比較の結果に基づいて、照射ユニットは、実際のバーンオフ画像と基準画像との間の偏差を補正するように較正される。又は、照射平面に配列されたセンサ配列体に入射する放射ビームによって生じた照射パターンのデジタル画像を、欧州特許第3241668(A1)号明細書(特許文献3)において説明されるように照射システムを較正するために使用できる。 In order to calibrate the irradiation system, and especially the optical unit used in the equipment for producing three-dimensional processed products by irradiating the powder raw material, so-called burn-off foil is used to irradiate the raw material powder to be irradiated during normal operation of the equipment. Can be applied to the carrier that supports the layer. After that, the burn-off foil is irradiated according to a preset pattern, and a burn-off image of the irradiation pattern is developed on the foil. The burn-off image is digitized and compared with a digital reference image of the irradiation pattern. Based on the results of the comparison between the digitized burn-off image and the reference image, the irradiation unit is calibrated to correct the deviation between the actual burn-off image and the reference image. Alternatively, a digital image of the irradiation pattern generated by the radiation beam incident on the sensor array arranged on the irradiation plane can be obtained by using an irradiation system as described in European Patent No. 3241668 (A1) (Patent Document 3). Can be used to calibrate.
特により大きい物体を製造するために又は生産速度を上げるために、例えば欧州特許第2875897(B1)号明細書(特許文献4)又は欧州特許第2862651(A1)号明細書(特許文献5)において説明されるマルチビーム照射システムを採用できる。このようなマルチビーム照射システムは、複数の放射ビームを発するための複数の照射ユニットを備える。放射ビームの各々は、典型的に、指定される限定的照射ゾーン及び1つ又は複数の重なりゾーンにおいて作動する。 Especially in order to produce larger objects or to increase the production rate, for example, in European Patent No. 2875897 (B1) (Patent Document 4) or European Patent No. 2862651 (A1) (Patent Document 5). The multi-beam irradiation system described can be adopted. Such a multi-beam irradiation system includes a plurality of irradiation units for emitting a plurality of radiation beams. Each of the radiated beams typically operates in a designated limited irradiation zone and one or more overlapping zones.
マルチビーム照射システムの照射ユニットが例えば上述のように個別に較正されるとしても、照射システムによって発せられた放射ビームは、重なりゾーンにおいて典型的にある程度の不整列を示す。特に、重なりゾーンにおいて同じx−y座標を指向する放射ビームも、やはり相互にオフセットを生じる可能性がある。このオフセットは、製造予定の加工品の品質に影響する可能性がある。 Even if the irradiation units of the multi-beam irradiation system are individually calibrated, for example as described above, the radiation beams emitted by the irradiation system typically show some degree of misalignment in the overlapping zones. In particular, radiated beams pointing at the same xy coordinates in the overlapping zone can also be offset from each other. This offset can affect the quality of the work piece to be manufactured.
欧州特許第3202524(A1)号明細書(特許文献6)は、対の較正済みレーザーが選択的に作動する重なり領域においてレーザー付加製造システムの1対の較正済みレーザーを整列する方法を開示する。この方法において、第1ステップにおいては、テスト構造体の第1の複数の層は、対の較正済みレーザーの第1の較正済みレーザーのみを使用して、重なり領域において形成される。第2ステップにおいて、テスト構造体の第2の複数の層が、対の較正済みレーザーの第2の較正済みレーザーを使用して、重なり領域において形成される。その後、テスト構造体の外面の第1の複数の層と第2の複数の層との間に生じたオフセットステップの寸法が計測されて、対の較正済みレーザーの少なくとも一方に対する整列修正としてオフセットステップの寸法を応用することによって、対の較正済みレーザーが整列される。 European Patent No. 3202524 (A1) discloses a method of aligning a pair of calibrated lasers in a laser addition manufacturing system in an overlapping region in which the pair of calibrated lasers selectively operate. In this method, in the first step, the first plurality of layers of the test structure are formed in the overlapping region using only the first calibrated laser of the pair of calibrated lasers. In the second step, a second plurality of layers of the test structure are formed in the overlapping region using a second calibrated laser of a pair of calibrated lasers. The dimensions of the offset steps that occur between the first and second layers of the outer surface of the test structure are then measured and offset steps as alignment corrections for at least one of the paired calibrated lasers. By applying the dimensions of, the pair of calibrated lasers are aligned.
本発明は、電磁又は粒子放射で原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を製造するための装置に使用するためのマルチビーム照射システムを整列するための確実で効率の良い方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、前記の確実で効率の良い整列方法に従って整列されたマルチビーム照射システムを備える、電磁又は粒子放射で原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を製造するための装置を作動する方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a reliable and efficient method for aligning a multi-beam irradiation system for use in an apparatus for manufacturing a three-dimensional work piece by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation. The purpose is to do. Further, the present invention comprises an apparatus for producing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation, comprising a multi-beam irradiation system aligned according to the above-mentioned reliable and efficient alignment method. It is intended to provide a method of operating.
これらの目的は、請求項1において規定されるマルチビーム照射システムを整列する方法及び請求項19において規定される三次元加工品を製造するための装置を作動する方法によって、果たされる。
These objectives are achieved by the method of aligning the multi-beam irradiation system specified in
電磁又は粒子放射で原料粉末の層を照射することによって三次元加工品を製造するための装置に使用するためのマルチ照射システムを整列する方法において、第1の原料粉末層は、マルチビーム照射システムによって発せられた放射ビームで照射される照射平面を画定するように、キャリア上に塗布される。キャリアは、プロセス室内に制御された環境特に不活性環境を維持できるようにするために、周囲環境に対して密閉可能にできるプロセス室内に配置できる。原料粉末は、金属粉末とすることができるが、セラミック粉末又はプラスチック材料粉末又は異なる材料を含有する粉末とすることもできる。粉末は、任意の適切な粒度又は粒子サイズ分布を持つことができる。但し、粒度<100μmの粉末を処理することが好ましい。 In a method of aligning a multi-irradiation system for use in an apparatus for manufacturing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation, the first raw material powder layer is a multi-beam irradiation system. It is applied onto the carrier so as to define the irradiation plane irradiated by the radiation beam emitted by. The carrier can be placed in a process chamber that can be sealed to the surrounding environment in order to maintain a controlled environment, especially an inert environment, in the process chamber. The raw material powder can be a metal powder, but can also be a ceramic powder, a plastic material powder, or a powder containing a different material. The powder can have any suitable particle size or particle size distribution. However, it is preferable to treat a powder having a particle size <100 μm.
照射平面は、マルチビーム照射システムによって発せられた放射ビームを受ける原料粉末層の平面である。典型的に、照射平面は、原料粉末層の上面平面に一致する。キャリアの表面に対する原料粉末層の上面平面の位置は、キャリア上に原料粉末層を塗布するための粉末塗布機器の位置付けに、特に原料粉末層の上面を均して円滑化するために役立つ粉末塗布機器のレベリングスライダの位置付けに依存する可能性がある。 The irradiation plane is the plane of the raw material powder layer that receives the radiation beam emitted by the multi-beam irradiation system. Typically, the irradiation plane coincides with the top plane of the raw material powder layer. The position of the upper surface plane of the raw material powder layer with respect to the surface of the carrier is useful for positioning the powder coating device for applying the raw material powder layer on the carrier, and particularly for smoothing the upper surface of the raw material powder layer. It may depend on the positioning of the equipment leveling slider.
マルチビーム照射システムは、放射源特にレーザー源例えばダイオード励起イッテルビウムファイバレーザーを備えることができる。マルチビーム照射システムは、放射源を1つだけ備えることができる。但し、マルチビーム照射システムは、複数の放射源を備えることも想定できる。更に、マルチビーム照射システムは、2つ又はこれを超える照射ユニットを備えることができる。照射ユニットの各々は、例えば放射源によって発せられた放射ビームを拡大するためのビームエクスパンダとスキャナと対物レンズとを含む複数の光学要素を備えることができる。又は、照射ユニットの各々に与えられる複数の光学要素は、集束レンズを含むビームエクスパンダとスキャナユニットとを備えることができる。スキャナユニットによって、ビーム経路の方向もおいて並びにビーム経路に対して直角を成す平面において、放射ビームの焦点の位置は、変更でき適合化できる。スキャナユニットは、検流計スキャナの形式で設計でき、対物レンズはfθ対物レンズとすることができる。 The multi-beam irradiation system can include a radiation source, particularly a laser source, such as a diode-pumped ytterbium fiber laser. A multi-beam irradiation system can include only one source. However, it can be assumed that the multi-beam irradiation system includes a plurality of radiation sources. In addition, the multi-beam irradiation system can include two or more irradiation units. Each irradiation unit can include a plurality of optical elements including, for example, a beam expander for expanding a radiation beam emitted by a radiation source, a scanner, and an objective lens. Alternatively, the plurality of optical elements provided to each of the irradiation units may include a beam expander including a focusing lens and a scanner unit. Depending on the scanner unit, the position of the focal point of the radiated beam can be changed and adapted in a plane that is perpendicular to the beam path as well as the direction of the beam path. The scanner unit can be designed in the form of a galvanometer scanner, and the objective lens can be an fθ objective lens.
マルチビーム照射システムを整列する方法の更なるステップにおいて、第1テスト構造体は、較正済み第1照射ユニットによって発せられた第1放射ビームを使用して照射平面の重なりゾーンにおいて第1原料粉末層に製造される。更に、第2テスト構造体が、較正済み第2照射ユニットによって発せられた第2放射ビームを使用して照射平面の重なりゾーンにおいて第1原料粉末層に製造される。「重なりゾーン」は、本明細書において、第1及び第2照射ユニットの両方の放射ビームで照射できる照射平面の領域を指す。したがって、第1及び第2テスト構造体は、第1照射ユニットによって発せられた第1放射ビーム及び第2照射ユニットによって発せられた第2放射ビームの両方がアクセス可能な照射平面の領域に製造される。 In a further step in the method of aligning the multi-beam irradiation system, the first test structure uses the first radiation beam emitted by the calibrated first irradiation unit to use the first raw material powder layer in the overlapping zone of the irradiation plane. Manufactured in. Further, a second test structure is produced in the first raw material powder layer in the overlapping zone of the irradiation plane using the second radiation beam emitted by the calibrated second irradiation unit. "Overlapping zone" as used herein refers to a region of the irradiation plane that can be irradiated by the radiation beams of both the first and second irradiation units. Therefore, the first and second test structures are manufactured in the region of the irradiation plane where both the first radiation beam emitted by the first irradiation unit and the second radiation beam emitted by the second irradiation unit are accessible. Radiation.
マルチビーム照射システムの第1及び第2照射ユニットは、マルチビーム照射システムを整列する方法を実施する前に較正できる。更に、個別の照射ユニットの較正は、同時に又は順次実施できる。照射ユニットを較正するために、照射平面における設定座標又は基準パターンに対する照射ユニットによって発せられた放射ビームのオフセットを実質的に排除するのに適する限り、任意の較正方法、例えばバーンオフホイルを使用する較正方法又は欧州特許第3241668(A1)号明細書(特許文献3)において説明される較正方法を使用できる。 The first and second irradiation units of the multi-beam irradiation system can be calibrated prior to performing the method of aligning the multi-beam irradiation system. In addition, calibration of individual irradiation units can be performed simultaneously or sequentially. To calibrate the irradiation unit, use any calibration method, such as burn-off foil, as long as it is suitable to substantially eliminate the offset of the radiation beam emitted by the irradiation unit with respect to the set coordinates or reference pattern in the irradiation plane. The calibration method or the calibration method described in European Patent No. 3241668 (A1) (Patent Document 3) can be used.
次にステップにおいて、照射平面における第1と第2テスト構造体の間のオフセットが測定される。基本的に、照射平面内で一方向のみに第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定することが想定される。但し、照射平面内の2方向において第1と第2テスト構造体の間のオフセットが測定されることが好ましい。必要であれば、例えば照射平面内で2方向において第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定すべきとき又はマルチビーム照射システムが2つ超えの照射ユニットを備える場合、複数の対の第1及び第2テスト構造体を製造できる。 Then in the step, the offset between the first and second test structures in the irradiation plane is measured. Basically, it is assumed that the offset between the first and second test structures is measured in only one direction in the irradiation plane. However, it is preferable that the offset between the first and second test structures is measured in two directions in the irradiation plane. If necessary, for example, when the offset between the first and second test structures should be measured in two directions in the irradiation plane, or when the multi-beam irradiation system includes more than two irradiation units, multiple pairs. The first and second test structures can be manufactured.
その後、第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方は、照射平面における第1と第2テスト構造体の間の測定オフセットに基づいて整列される。特に、第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方は、照射平面における第1と第2テスト構造体の間のオフセットが閾値を上回らないように特に閾値より低く抑えられるように、整列される。好ましくは、第1及び第2テスト構造体は、照射平面における第1と第2テスト構造体の間の測定オフセットが第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方の整列に直接使用できるような形状及び配列を持つ。 At least one of the first and second irradiation units is then aligned based on the measurement offset between the first and second test structures in the irradiation plane. In particular, at least one of the first and second irradiation units is aligned so that the offset between the first and second test structures in the irradiation plane is kept below the threshold, especially below the threshold. Preferably, the first and second test structures are shaped so that the measurement offset between the first and second test structures in the irradiation plane can be used directly for alignment of at least one of the first and second irradiation units. Has an array.
マルチビーム照射システムを整列する方法において、第1テスト構造体と第2テスト構造体の両方は、第1原料粉末層に製造される。即ち、第1及び第2テスト構造体は、同じ原料粉末層に製造される。その結果、第1及び第2テスト構造体は、同時に製造できるので、テスト構造体を造形するために必要な時間を削減する。更に、テスト構造体は、第1と第2照射ユニットが整列していないとき照射平面に生じる第1と第2テスト構造体の間のオフセットを確実に測定できるようにしながら、低い造形高さで造形できる。 In the method of aligning the multi-beam irradiation system, both the first test structure and the second test structure are manufactured in the first raw material powder layer. That is, the first and second test structures are manufactured in the same raw material powder layer. As a result, the first and second test structures can be manufactured at the same time, reducing the time required to form the test structures. In addition, the test structure has a low build height while ensuring that the offset between the first and second test structures that occurs in the irradiation plane when the first and second irradiation units are not aligned can be measured. Can be modeled.
マルチビーム照射システムを整列する方法において、キャリア上に原料粉末層を塗布するステップ、及び塗布された粉末層に第1テスト構造体を製造するステップ及び塗布された粉末層に第2テスト構造体を製造するステップの少なくとも一方は、第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定する前に及び第1及び第2の較正済み照射ユニットの少なくとも一方を整列する前に、繰り返し実施できる。このようにして、多層の第1テスト構造体及び/又は多層の第2テスト構造体を製造できる。 In the method of aligning the multi-beam irradiation system, a step of applying a raw material powder layer on a carrier, a step of manufacturing a first test structure on the applied powder layer, and a second test structure on the applied powder layer. At least one of the manufacturing steps can be repeated before measuring the offset between the first and second test structures and before aligning at least one of the first and second calibrated irradiation units. In this way, a multi-layered first test structure and / or a multi-layered second test structure can be manufactured.
マルチビーム照射システムを整列する方法において、1つのみの第1テスト構造体及び1つのみの第2テスト構造体を製造できる。但し、方法は、複数の第1テスト構造体及び複数の第2テスト構造体の製造を含むことも想定される。テスト構造体は、対で製造でき、テスト構造体の各対は、例えば照射平面内で2方向に第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定する及び/又は平均化できる複数のオフセット値を測定するために、第1及び第2テスト構造体を含む。 In the method of aligning the multi-beam irradiation system, only one first test structure and only one second test structure can be manufactured. However, it is also assumed that the method includes the production of a plurality of first test structures and a plurality of second test structures. The test structures can be manufactured in pairs, where each pair of test structures can measure and / or average the offset between the first and second test structures in two directions, eg, in the irradiation plane. Includes first and second test structures to measure values.
第1テスト構造体及び第2テスト構造体は、三次元加工品を製造するための装置の整列作動時に製造できる。装置の整列作動は、三次元加工品を製造するための装置の通常作動とは別個に実施でき、例えば、マルチビーム照射システムの個々の照射ユニットの較正後に、但し、三次元加工品を製造するための装置の通常作動の開始前に、実施できる。言い換えると、装置の較正/整列と装置の通常作動は分離でき、三次元加工品を製造するための装置の通常作動は、較正/整列プロセスの完了後に限り開始できる。それに代えて又はそれに加えて、第1テスト構造体及び第2テスト構造体は三次元加工品を製造するための装置の通常作動時に製造されることが想定できる。即ち、第1及び第2テスト構造体と三次元加工品は、単一の造形プロセスで同時に製造できる。 The first test structure and the second test structure can be manufactured during the alignment operation of the device for manufacturing the three-dimensional processed product. The alignment operation of the device can be performed separately from the normal operation of the device for manufacturing the 3D work piece, for example, after calibrating the individual irradiation units of the multi-beam irradiation system, but to manufacture the 3D work piece. It can be carried out before the start of normal operation of the device for. In other words, the calibration / alignment of the device and the normal operation of the device can be separated, and the normal operation of the device for manufacturing the three-dimensional work piece can be started only after the calibration / alignment process is completed. Alternatively or additionally, it can be assumed that the first test structure and the second test structure are manufactured during normal operation of the apparatus for manufacturing the three-dimensional processed product. That is, the first and second test structures and the three-dimensional processed product can be manufactured at the same time by a single modeling process.
第1テスト構造体及び第2テスト構造体は、塊状コンポーネント(massive component)の形式で製造できる。塊状コンポーネントの形式で製造されたテスト構造体は、キャリア上に配置される基質板に接続でき、基質板上にテスト構造体を造形するためにその後の原料粉末層で被覆できる。更に、塊状の形式で製造されたテスト構造体は、同時に製造される三次元加工品の層の数に合致する数の層を含むことができる。したがって、塊状コンポーネントの形式のテスト構造体は、三次元加工品の造形高さに合致する造形高さで製造できる。但し、塊状コンポーネントの形式で製造されたテスト構造体は、同時に製造される三次元加工品の層の数より小さい数の層を含むことも想定できる。又、単一層のテスト構造体も想定できる。第1及び第2テスト構造体が塊状コンポーネントの形式で製造される場合、テスト構造体の寸法及び形状は、第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するために計測でき、その間、第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するためにテスト構造体は、キャリア又は基質板に接続したままにするか、又はキャリア又は基質板から引き離せる。 The first test structure and the second test structure can be manufactured in the form of massive components. The test structure produced in the form of a mass component can be connected to a substrate plate placed on the carrier and coated with a subsequent raw material powder layer to form the test structure on the substrate plate. In addition, the test structure produced in bulk form can include as many layers as the number of layers of the three-dimensional work piece produced at the same time. Therefore, the test structure in the form of a mass component can be manufactured at a molding height that matches the molding height of the three-dimensional processed product. However, it can be assumed that the test structure manufactured in the form of a mass component contains a number of layers smaller than the number of layers of the three-dimensional processed product manufactured at the same time. A single-layer test structure can also be envisioned. If the first and second test structures are manufactured in the form of massive components, the dimensions and shape of the test structures can be measured to measure the offset between the first and second test structures, while To measure the offset between the first and second test structures, the test structure can remain attached to or detached from the carrier or substrate plate.
又は、第1テスト構造体及び第2テスト構造体は、基質板及びキャリアとは別個に形成されるロストコンポーネント(lost component)の形式で製造できる。好ましくは、ロストコンポーネントの形式で製造されたテスト構造体は、同時に製造される三次元加工物の層の数より少ない数の層を含む。単一層のテスト構造体も想定できる。 Alternatively, the first test structure and the second test structure can be manufactured in the form of a lost component, which is formed separately from the substrate plate and the carrier. Preferably, the test structure manufactured in the form of a lost component contains fewer layers than the number of layers of the three-dimensional work piece manufactured at the same time. A single layer test structure can also be envisioned.
第1及び第2テスト構造体がロストコンポーネントの形式で製造される場合、第1テスト構造体及び第2テスト構造体の少なくとも1つの層は、キャリアから所定距離で造形される同時に製造される三次元加工品の中間層と同平面に配列できる。更に、テスト構造体の層は、規則的に又はランダムに又はアルゴリズムに基づいて製造されることが想定される。例えば、5つのテスト構造体の層は、加工品の20層ごとに5つの加工品層と同平面に製造できる。 When the first and second test structures are manufactured in the form of lost components, at least one layer of the first and second test structures is shaped at a predetermined distance from the carrier and is simultaneously manufactured tertiary. It can be arranged in the same plane as the intermediate layer of the original processed product. In addition, the layers of the test structure are expected to be manufactured regularly or randomly or algorithmically. For example, the layers of the five test structures can be manufactured in the same plane as the five processed product layers for every 20 layers of the processed product.
第1と第2テスト構造体の間のオフセットは、第1及び第2テスト構造体の製造の完了後に測定できる。例えば、テスト構造体の少なくとも1つの寸法及び/又は形状は、適切な手動計測ツールの助けでテスト構造体の製造の完了後に手で計測できる。これに代えて又はこれに加えて、第1と第2テスト構造体の間のオフセットは、第1及び第2テスト構造体の製造時に、例えば第1及び第2テスト構造体の1つの層の完成後でかつ第1及び第2テスト構造体の更なる層の製造を開始する前に、測定できる。 The offset between the first and second test structures can be measured after the production of the first and second test structures is complete. For example, at least one dimension and / or shape of the test structure can be measured manually after the production of the test structure is complete with the help of suitable manual measurement tools. Alternatively or additionally, the offset between the first and second test structures is, for example, during the manufacture of the first and second test structures, for example, in one layer of the first and second test structures. It can be measured after completion and before starting the production of additional layers of the first and second test structures.
第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するために、光学計測機器例えばカメラ又は光学センサを使用できる。マルチビーム照射システムを整列する方法の特に好ましい実施形態において、第1と第2テスト構造体の間のオフセットは、メルトプール監視システム即ち原料粉末の中へ放射エネルギーを導入する過程で生成されるメルトプールを観察するためのシステムの構成要素を形成する光学計測機器によって測定される。又は、第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するために使用される光学計測機器は、層制御システム即ち原料粉末層の中の欠損又は不規則性を検出するためにキャリア上に塗布された原料粉末層を監視するためのシステムの構成要素によって構成できる。光学計測機器の使用は、第1及び第2テスト構造体の製造時に第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定できるようにする。但し、第1及び第2テスト構造体の製造の完了後に第1と第2テスト構造体の間のオフセットを手動又は自動で測定するために光学計測機器を使用することも想定できる。 Optical measuring instruments such as cameras or optical sensors can be used to measure the offset between the first and second test structures. In a particularly preferred embodiment of the method of aligning a multi-beam irradiation system, the offset between the first and second test structures is the melt pool monitoring system, the melt produced in the process of introducing radiant energy into the raw material powder. Measured by optical measuring instruments that form the components of the system for observing the pool. Alternatively, the optical measuring instrument used to measure the offset between the first and second test structures is on the carrier to detect defects or irregularities in the layer control system or raw material powder layer. It can be constructed by the components of the system for monitoring the applied raw material powder layer. The use of optical measuring instruments allows the offset between the first and second test structures to be measured during the manufacture of the first and second test structures. However, it can be assumed that an optical measuring instrument is used to manually or automatically measure the offset between the first and second test structures after the production of the first and second test structures is completed.
第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するために使用される光学計測機器は、熱放射を検出して検出された熱放射の強さを示す強度値を出力するように構成される高温検出機器の形式で設計できる。典型的には、以前に固化されたテスト構造体表面から発せられる熱放射の強さは、固化されたテスト構造体を取り囲む非固化原材料粉末から発せられる熱放射とは異なる。したがって、テスト構造体とテスト構造体を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所は、高温検出機器によって検出された熱放射に基づいて測定できる。 The optical measuring instrument used to measure the offset between the first and second test structures is configured to detect thermal radiation and output an intensity value indicating the strength of the detected thermal radiation. It can be designed in the form of high temperature detection equipment. Typically, the intensity of the heat radiation emitted from the surface of the previously solidified test structure is different from the heat radiation emitted from the non-solidified raw material powder surrounding the solidified test structure. Therefore, the location of the boundary between the test structure and the raw material powder surrounding the test structure can be measured based on the heat radiation detected by the high temperature detection device.
第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するために、第1及び第2テスト構造体の1つの層の完成後、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域は、第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方によって発せられたテスト放射ビームで走査できる。メルトプール監視システムの構成要素を形成する光学計測機器が、第1及び第2照射ユニットの一方に結合される場合、光学計測機器に結合される照射ユニットのみを、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域を走査するために使用できる。走査対象の照射平面の領域は、完璧に整列された第1と第2照射ユニットによって製造された第1及び第2テスト構造体が配置されると予想される領域のみでなく、照射対象の領域が第1と第2照射ユニットの不整列のせいで相互にオフセットする第1及び第2テスト構造体も含むようにするためにその周囲領域も含むように、設定される。 To measure the offset between the first and second test structures, after completion of one layer of the first and second test structures, the region of the irradiation plane containing the first and second test structures It can be scanned with a test emission beam emitted by at least one of the first and second irradiation units. When the optical measuring instruments forming the components of the melt pool monitoring system are coupled to one of the first and second irradiation units, only the irradiation units coupled to the optical measuring instruments are the first and second test structures. Can be used to scan an area of the irradiation plane that contains. The area of the irradiation plane to be scanned is not only the area where the first and second test structures manufactured by the perfectly aligned first and second irradiation units are expected to be located, but also the area to be irradiated. Is set to include the surrounding area to include the first and second test structures that are offset from each other due to the misalignment of the first and second irradiation units.
第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域を走査するとき、第1及び第2テスト放射ビームの少なくとも一方と、第1及び第2テスト構造体かあるいは照射平面内の第1及び第2テスト構造体を取り囲む原料粉末との相互作用は、光学計測機器によって監視される。第1及び第2テスト放射ビームの少なくとも一方が非固化原料粉末に入射するとき、光学計測機器によって検出される強度値は、典型的に、第1及び第2テスト放射ビームの少なくとも一方が以前に固化したテスト構造体表面に入射するときに光学計測機器によって検出される強度値より高い。 When scanning an area of the irradiation plane that includes the first and second test structures, at least one of the first and second test radiation beams and the first and second test structures or the first and second in the irradiation plane. 2 Interactions with the raw material powder surrounding the test structure are monitored by optical measuring instruments. When at least one of the first and second test emission beams is incident on the non-solidified raw material powder, the intensity value detected by the optical measuring instrument is typically that at least one of the first and second test emission beams was previously Higher than the intensity value detected by the optical measuring instrument when incident on the surface of the solidified test structure.
その結果、第1及び第2テスト構造体と第1及び第2テスト構造体を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所は、第1及び第2テスト放射ビームの少なくとも一方と第1及び第2テスト構造体及び第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域において第1及び第2テスト構造体を取り囲む原料粉末との間の相互作用に基づいて、測定できる。このようにして、第1と第2テスト構造体の間のオフセットも検出できる。 As a result, the location of the boundary line between the first and second test structures and the raw material powder surrounding the first and second test structures is at least one of the first and second test radiation beams and the first and second test radiation beams. It can be measured based on the interaction between the two test structures and the raw material powder surrounding the first and second test structures in the region of the irradiation plane containing the first and second test structures. In this way, the offset between the first and second test structures can also be detected.
好ましくは、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域は、照射平面内に延びる第1の複数のスキャンベクトル及び第1の複数のスキャンベクトルに対して所定の角度特に直角を成して照射平面内に延びる第2の複数のスキャンベクトルを含むパターンに従って走査される。スキャンパターンの平行のスキャンベクトルの間の間隔は、第1及び第2テスト構造体と第1及び第2テスト構造体を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所を正確に測定できるようにするのに充分な小ささに維持されなければならない。 Preferably, the region of the irradiation plane containing the first and second test structures forms a predetermined angle, especially at right angles, to the first plurality of scan vectors and the first plurality of scan vectors extending in the irradiation plane. It is scanned according to a pattern containing a second plurality of scan vectors extending in the irradiation plane. The spacing between the parallel scan vectors of the scan pattern allows accurate measurement of the location of the boundary between the first and second test structures and the raw material powder surrounding the first and second test structures. Must be kept small enough to be.
好ましくは、第1及び/又は第2の複数のスキャンベクトルの平行のスキャンベクトルは一方向である。原料粉末から以前に固化されたテスト構造体表面への移行領域において光学計測機器特にメルトプール監視システムの高温計測機器によって検出される信号は、以前に固化したテスト構造体表面から原料粉末への移行領域において光学計測機器によって検出される信号と異なる。このような信号の差異は、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域を走査するとき一方向走査ステラテジーが採用される場合には無視できる。 Preferably, the parallel scan vectors of the first and / or second plurality of scan vectors are unidirectional. Signals detected by optical instruments, especially high temperature instruments in meltpool monitoring systems, in the transition area from the raw material powder to the previously solidified test structure surface are transferred from the previously solidified test structure surface to the raw material powder. Different from the signal detected by the optical measuring device in the area. Such signal differences are negligible when one-way scanning steerability is employed when scanning the area of the irradiation plane that includes the first and second test structures.
第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域は、好ましくは、第1及び第2テスト構造体の製造時の第1又は第2放射ビームのビームパワー及び/又はスキャン速度より低いビームパワー及び/又はスキャン速度のテスト放射ビームで走査される。ビームパワー及びスキャン速度を低くすることによって、テスト放射ビームと以前に固化されたテスト構造体表面との相互作用を示す信号とテスト放射ビームと非固化原料粉末との相互作用との間を区別する助けとなる。更に、スキャン速度を低くすることによって、信号ノイズを減少し、検出されるデータの量を増大する。その結果、検出精度を向上できる。テスト放射ビームのビームパワーは、ゼロでも良く、これは、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域を、正のビームパワーを持つテスト放射ビームで照射することなく走査できることを意味する。但し、第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域をゼロより高いビームパワーのテスト放射ビームで照射することは、検出される熱放射信号が増幅されるのでバックグラウンドノイズから容易に区別できると言う利点を持つ。 The region of the irradiation plane containing the first and second test structures preferably has a beam power lower than the beam power and / or scan rate of the first or second radiation beam at the time of manufacture of the first and second test structures. And / or scanned with a test emission beam at scan rate. By lowering the beam power and scan rate, a signal indicating the interaction between the test emission beam and the surface of the previously solidified test structure is distinguished from the interaction between the test emission beam and the non-solidified raw material powder. Helps. In addition, lowering the scan speed reduces signal noise and increases the amount of data detected. As a result, the detection accuracy can be improved. The beam power of the test radiation beam may be zero, which means that the region of the irradiation plane containing the first and second test structures can be scanned without irradiation with a test radiation beam with positive beam power. .. However, irradiating the region of the irradiation plane including the first and second test structures with a test radiation beam with a beam power higher than zero easily distinguishes it from background noise because the detected thermal radiation signal is amplified. It has the advantage of being able to do it.
第1及び第2テスト構造体及びその周囲の原料粉末によって発せられた熱放射を検出するように構成される光学計測機器の使用に加えて又はその代わりに、照射平面の画像を捕捉するように作られた光学計測機器の助けで第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定することが想定できる。例えば、三次元加工品を製造するための装置の層制御システムの画像ピックアップ機器をこの目的に使用できる。 In addition to or instead of using optical measuring instruments configured to detect the thermal radiation emitted by the first and second test structures and the raw material powder around them, to capture an image of the plane of irradiation. It can be assumed that the offset between the first and second test structures will be measured with the help of the optical measuring instrument made. For example, an image pickup device of a layer control system of a device for manufacturing a three-dimensional processed product can be used for this purpose.
特に、第1と第2テスト構造体の間のオフセットを測定するステップは、第1及び第2テスト構造体の1つの層の完成後に照射平面の画像特に二次元画像を捕捉するステップを含むことができる。捕捉される画像は、照射平面の全体又は第1及び第2テスト構造体を含む照射平面の領域のみを含むことができる。更に、第1及び第2テスト構造体と第1及び第2テスト構造体を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所は、自動画像処理によって又は手動で即ち捕捉された画像を目視検査することによって、照射平面の捕捉された画像に基づいて測定できる。したがって、層制御システムの画像ピックアップ機器は、カメラ及び任意の画像処理システムを備えることができる。 In particular, the step of measuring the offset between the first and second test structures includes capturing an image of the irradiation plane, especially a two-dimensional image, after the completion of one layer of the first and second test structures. Can be done. The captured image can include the entire irradiation plane or only the region of the irradiation plane containing the first and second test structures. In addition, the location of the boundary between the first and second test structures and the raw material powder surrounding the first and second test structures should be visually inspected by automated image processing or manually i.e. captured images. Can be measured based on the captured image of the irradiation plane. Therefore, the image pickup device of the layer control system can include a camera and an arbitrary image processing system.
第1及び第2の較正済み照射ユニットの少なくとも一方は、第1及び第2テスト構造体の製造の完了後に、オフセットが閾値を上回らないように、第1と第2テスト構造体の間の測定オフセットに基づいて整列できる。言い換えると、第1及び第2テスト構造体を製造できる。次のステップにおいて、照射平面における第1と第2テスト構造体の間のオフセットが測定されて、その後に、第1と第2照射ユニットは測定オフセットに応じて整列できる。 At least one of the first and second calibrated irradiation units is measured between the first and second test structures so that the offset does not exceed the threshold after the production of the first and second test structures is completed. Can be aligned based on offset. In other words, the first and second test structures can be manufactured. In the next step, the offset between the first and second test structures in the irradiation plane is measured, after which the first and second irradiation units can be aligned according to the measurement offset.
その代わりに又はそれに加えて、第1及び第2の較正済み照射ユニットの少なくとも一方は、第1及び第2テスト構造体の製造時に、オフセットが閾値を上回らないように第1と第2テスト構造体の間の測定オフセットに基づいて整列されることも、想定できる。例えば、第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方を整列するための整列手順は、第1及び第2テスト構造体の1つの層の完成後に、但し第1及び第2テスト構造体の更なる層の生成前に、実施できる。第1及び第2テスト構造体の製造過程において第1と第2テスト構造体の間のオフセットを補正するために第1及び第2照射ユニットの少なくとも一方を整列することは、特に、オフセット測定も第1及び第2テスト構造体の製造過程で実施される場合に有利である。 Instead or in addition, at least one of the first and second calibrated irradiation units has first and second test structures so that the offset does not exceed the threshold during the manufacture of the first and second test structures. It can also be assumed that they will be aligned based on the measurement offset between the bodies. For example, the alignment procedure for aligning at least one of the first and second irradiation units is after the completion of one layer of the first and second test structures, but with additional layers of the first and second test structures. Can be done before the generation of. Aligning at least one of the first and second irradiation units to compensate for the offset between the first and second test structures during the manufacturing process of the first and second test structures is also particularly offset measurement. It is advantageous when it is carried out in the manufacturing process of the first and second test structures.
好ましくは、第1テスト構造体及び第2テスト構造体は、第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき第1テスト構造体の少なくとも1つの縁が第2テスト構造体の少なくとも1つの縁と同一面に配列されるような形状及び配列を持つように製造される。第1と第2テスト構造体の縁の間のオフセットは、第1照射ユニットによって発せられ第1テスト構造体を製造するために使用される第1放射ビームと第2照射ユニットによって発せられ第2テスト構造体を製造するために使用される第2放射ビームとの間のオフセットに合致する。 Preferably, the first test structure and the second test structure have at least one edge of the first test structure at least one of the second test structures when the first irradiation unit and the second irradiation unit are aligned. Manufactured to have a shape and arrangement that is aligned with the edges. The offset between the edges of the first and second test structures is emitted by the first irradiation unit and emitted by the first and second irradiation units used to manufacture the first test structure. Matches the offset with the second emission beam used to manufacture the test structure.
第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき相互に同一面に配列される第1と第2テスト構造体の縁は、例えば、照射平面内でx方向に対して平行に延びることができる。縁の間のオフセットは、照射平面内におけるy方向の即ち照射平面においてx方向に対して直角を成す方向の第1と第2放射ビームの間のオフセットを示す。逆に、第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき相互に同一面に配列される第1と第2テスト構造体の縁が、照射平面内でy方向に対して平行に延びる場合、縁の間のオフセットは、照射平面内における第1と第2放射ビームの間のx方向のオフセットを示す。x方向及びy方向の両方の第1と第2放射ビームの間のオフセットを測定するために、x方向及びy方向に対して平行の縁を持つテスト構造体又は相互に90度回転させた対のテスト構造体を製造できる。 When the first irradiation unit and the second irradiation unit are aligned, the edges of the first and second test structures that are aligned with each other may extend parallel to the x direction in the irradiation plane, for example. it can. The offset between the edges indicates the offset between the first and second radiation beams in the y direction in the irradiation plane, i.e., at right angles to the x direction in the irradiation plane. On the contrary, when the first irradiation unit and the second irradiation unit are aligned, the edges of the first and second test structures arranged on the same plane extend parallel to the y direction in the irradiation plane. , The offset between the edges indicates the offset in the x direction between the first and second radiation beams in the irradiation plane. A test structure with edges parallel to the x and y directions or a pair rotated 90 degrees with each other to measure the offset between the first and second radiation beams in both the x and y directions. Test structure can be manufactured.
1つの実施形態において、第1テスト構造体は長方形状を持つことができ、同様に長方形状を有する第2テスト構造体に隣接して製造できる。特に、第1と第2テスト構造体は、合同の長方形状を持つことができ、第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき第1テスト構造体の縁が照射平面内でx方向又はy方向に対して平行にかつ第2テスト構造体に縁と同一面に配列されるように、並べて配列できる。これらのテスト構造体は、容易に製造できる。更に、テスト構造体の間のオフセットは、容易に測定できる。但し、照射平面内における2つの方向のオフセットを測定しなければならない場合、2対のテスト構造体を造形しなければならない。 In one embodiment, the first test structure can have a rectangular shape and can be manufactured adjacent to a second test structure that also has a rectangular shape. In particular, the first and second test structures can have a congruent rectangular shape, and when the first and second irradiation units are aligned, the edges of the first test structure are in the x direction in the irradiation plane. Alternatively, they can be arranged side by side so that they are arranged parallel to the y direction and on the same plane as the edge in the second test structure. These test structures can be easily manufactured. Moreover, the offset between the test structures can be easily measured. However, if offsets in two directions within the irradiation plane must be measured, two pairs of test structures must be modeled.
又は、第1及び第2テスト構造体は、実質的に線状とすることができ、第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき十字を形成できる。このようなテスト構造体の設計は、単一対のテスト構造体の助けで照射平面内における2方向の照射ユニットの放射ビームのオフセットを測定できるようにする。但し、線状のテスト構造体は構造体の造形の完了後にテスト構造体の間のオフセットを手動で計測するために取り扱うのが難しい。したがって、線状テスト構造体は、上述のように、第1及び第2テスト構造体の製造時に実施されるオフセット計測に採用されることが好ましい。 Alternatively, the first and second test structures can be substantially linear and can form a cross when the first and second irradiation units are aligned. The design of such a test structure allows the offset of the radiation beam of the two-way irradiation unit in the irradiation plane to be measured with the help of a single pair of test structures. However, linear test structures are difficult to handle because the offset between the test structures is manually measured after the structure has been modeled. Therefore, it is preferable that the linear test structure is adopted for the offset measurement performed at the time of manufacturing the first and second test structures as described above.
別の実施形態において、第1テスト構造体は、第1照射ユニットと第2照射ユニットが整列されたとき実質的にL字形の第2テスト構造体に与えられたカットアウトの中に嵌る長方形状を有する。第1と第2テスト構造体は、相互に接触するように配列できる。但し、照射ユニットの不整列のせいで原料粉末領域が第1及び第2放射ビームの両方によって照射されることを避けるために、第1と第2テスト構造体を相互から距離を置いて配列することも想定できる。第1テスト構造体が実質的にL字形の第2テスト構造体に与えられたカットアウトの中へ嵌まるテスト構造体の設計は、特に、マルチビーム照射システムの2つを超える例えば4つの照射ユニットを整列するために有利である。例えば、L字形の第2テスト構造体は、後に他の照射システムを整列するための基準システムとして使用される照射システムの助けで製造できる。 In another embodiment, the first test structure is rectangular that fits into the cutout given to the second test structure, which is substantially L-shaped when the first and second irradiation units are aligned. Has. The first and second test structures can be arranged so that they are in contact with each other. However, in order to prevent the raw material powder region from being irradiated by both the first and second radiation beams due to the misalignment of the irradiation unit, the first and second test structures are arranged at a distance from each other. It can also be assumed. The design of the test structure, in which the first test structure fits into the cutout given to the second test structure, which is substantially L-shaped, is particularly designed to exceed two of the multi-beam irradiation systems, for example four irradiations. It is advantageous for aligning the units. For example, the L-shaped second test structure can be manufactured with the help of an irradiation system that will later be used as a reference system for aligning other irradiation systems.
マルチビーム照射システムを整列する方法ための更に好ましい実施形態において、第1と第2テスト構造体は、共通ベース上に製造される。テスト構造体は、その後、基質プラットフォームから及び/又は共通ベースと一緒にキャリアから分離して、例えば手動計測ツールの助けでオフセットを計測する際に容易に扱うことができる。 In a more preferred embodiment for the method of aligning a multi-beam irradiation system, the first and second test structures are manufactured on a common base. The test structure can then be easily handled when measuring the offset from the substrate platform and / or from the carrier along with the common base, eg with the help of a manual measurement tool.
マルチビーム照射システムを備える電磁又は粒子放射で原料粉末の層を照射すすることによって三次元加工品を製造するための装置を作動する方法は、上述のように方法に従って装置のマルチビーム照射システムを整列するステップを含む。その後、更なる原料粉末層が、キャリア上に塗布され、ビーム放射平面と照射平面との間に定距離を維持しながら、三次元加工品を製造するために較正され整列された第1及び第2照射ユニットによって発せられた第1及び第2放射ビームで照射される。その結果、第1と第2照射ユニットの整列は、単一の加工品の製造時だけでなく、その後の製造プロセスにおいても、確実に維持できる。これによって重なりゾーンにおいても高品質の加工品を製造できるようにする。 The method of operating the device for manufacturing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation equipped with a multi-beam irradiation system is as described above, the method of operating the device's multi-beam irradiation system. Includes aligning steps. A further layer of raw material powder is then applied onto the carrier and calibrated and aligned to produce a three-dimensional work piece while maintaining a constant distance between the beam emission plane and the irradiation plane. 2 Irradiated with the first and second radiation beams emitted by the irradiation unit. As a result, the alignment of the first and second irradiation units can be reliably maintained not only during the production of a single processed product, but also in the subsequent production process. This makes it possible to manufacture high-quality processed products even in the overlapping zone.
三次元加工品を製造するための装置を作動する方法の好ましい実施形態において、ビーム放射平面と照射平面との間に定距離を維持するために、キャリア上に原料粉末層を塗布するために使用される粉末塗布機器は、ビーム放射平面に対して適切に位置付けられる。特に、キャリア上に塗布された原料粉末を均すのに役立つ粉末塗布機器のレベリングスライダは、粉末塗布機器のレベリングスライダの交換を伴う粉末塗布機器の保守後にも、ビーム放射平面と照射平面との間の定距離が維持されるようにするためにビーム放射平面に対して適切に位置付けできる。 Used to apply a raw material powder layer onto a carrier to maintain a constant distance between the beam emission plane and the irradiation plane in a preferred embodiment of a method of operating an apparatus for producing a three-dimensional work piece. The powder coating equipment to be used is properly positioned with respect to the beam radiation plane. In particular, the leveling slider of the powder coating equipment, which is useful for leveling the raw material powder applied on the carrier, keeps the beam emission plane and the irradiation plane even after the maintenance of the powder coating equipment accompanied by the replacement of the leveling slider of the powder coating equipment. It can be properly positioned with respect to the beam emission plane so that a constant distance between them is maintained.
ビーム放射平面と照射平面との間の距離は、出来る限り正確に設定されなければならない。したがって、粉末塗布機器は、キャリアに対して粉末塗布機器を位置付けできるようにし、特に±2μm好ましくは±1μmの精度でビーム放射平面と照射平面との間の距離を設定できるようにする位置付けツールの助けで、ビーム放射平面に対して位置付けできる。 The distance between the beam emission plane and the irradiation plane must be set as accurately as possible. Therefore, the powder coating device is a positioning tool that allows the powder coating device to be positioned relative to the carrier, and in particular to be able to set the distance between the beam emission plane and the irradiation plane with an accuracy of ± 2 μm, preferably ± 1 μm. With the help, it can be positioned relative to the beam emission plane.
本発明の好ましい実施形態について、下記の添付図面を参照して更に詳しく説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings below.
図1は、三次元加工品を製造するための装置10を示す。装置10は、プロセス室12を備える。プロセス室12内に配置される粉末塗布機器14は、キャリア16上に原料粉末を塗布するのに役立つ。図1の配列において、原料粉末層15がキャリア16上に塗布される。矢印Aで示すように、キャリア16は、キャリア16上の原料粉末から層に積み重ねられるとき加工品の構成高さが増すにつれて、キャリア16が垂直方向に下向きに移動できるように、ビルド室19の中へ垂直方向に移動可能である。粉末塗布機器14は、キャリア16上に塗布された原料粉末層15を均して滑らかにするのに役立つレベリングスライダ17を備える。
FIG. 1 shows an
第1及び第2照射ゾーン18a、18bは、それぞれ原料粉末層15の表面及びキャリア16上に並置配列で画定される。即ち、図1に示す装置10において、原料粉末層15及びキャリア16上の左半分はそれぞれ第1照射ゾーン18aを画定し、原料粉末層15及びキャリア16の右半分はそれぞれ第2照射ゾーン18bを画定する。第1と第2照射ゾーン18a、18bの間の境界領域には、重なりゾーン18cが画定される。
The first and
装置10は、キャリア16上に塗布された原料粉末を選択的に照射するための照射システム20を備える。照射システム20の作動は、制御機器21によって制御される。照射システム20によって、キャリア16上に塗布された原料粉末は、製造予定の加工品の所望の形状に応じてサイト選択的に放射を受けることができる。照射システム20は、第1及び第2照射ユニット22a、22bを備える。第1照射ユニット22aは、原料粉末層15の表面に画定された第1照射ゾーン18a及び重なりゾーン18cを第1放射ビーム24aで照射する。第2照射ユニット22bは、原料粉末層15の表面に画定された第2照射ゾーン18b及び重なりゾーン18cを第2放射ビーム24bで照射する。
The
放射ビーム24a、24bは、ビーム放射平面Bにおいて第1及び第2照射ユニット22a、22bから発する。原料粉末層15の上面は照射平面Sを画定し、照射平面において、照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bは、原料粉末へ入射する。照射平面Sとビーム放射平面Bとの間の距離は、Dで示される。更に下で詳細に説明するように、ビーム放射平面Bに対する照射平面Sの位置、したがって照射平面Sとビーム放射平面Bとの間の距離Dは、ビーム放射平面Bに対する粉末塗布機器14特にレベリングスライダ17の下面の位置に依存する。粉末塗布装置14を所望通りに正確に位置付けるために、装置10は、ビーム放射平面Bに対して粉末塗布装置14したがってレベリングスライダ17の下側レベリング面を±2μm特に±1μmの精度で位置付けるように構成される位置付けツール27を備える。位置付けツール27は、装置10から分離して設置して、必要な場合にのみ、装置10のプロセス室12の中へ挿入できる。
The radiation beams 24a and 24b are emitted from the first and
図8に示すように、位置付けツール27は、照射平面Sに配列される2つのレベリングプレート40、42を備える。照射平面Sにおいてレベリングプレート40、42を位置付けるために、位置付けツール27は、装置10のビルド室19に架かる支持構造体44を備える。レベリングプレート40、42の各々は、それぞれのレベリングプレート40、42までの対象物の距離を計測するための距離計測機器46、48に接続される。レバー50は、上側位置と下側位置との間の固定距離でレベリングプレート40、42を昇降するのに役立つ。
As shown in FIG. 8, the
位置付けツール27を使用する際、位置付けツール27は、プロセス室12の中に配置され、レベリングプレート40、42の位置は、レベリングプレート40、42が照射平面Sに配列されるように設定される。その後、レベリングプレート40、42は、粉末塗布装置14がレベリングプレート40、42に衝突することなくその上方に位置付けられるようにするためにレバー50を起動することによって降下される。粉末塗布装置14が所望の場所に達した後、レベリングプレート40、42はレベリングプレート40、42が図9に示すようにレベリングスライダ17の下側レベリング面に当接するように、再び照射平面Sまで上昇される。その後、レベリングスライダ17は、その下側レベリング面がレベリングプレート40、42から所望の距離例えば200μm±10μmに配置されるまで、粉末塗布機器14に設置されたマイクロメータースクリュー52の助けで上昇される。レベリングスライダ17の位置が設定されたら、レベリングプレート40、42は、レバー50を起動することによって再び降下でき、粉末塗布機器14を移動でき、位置付けツール27は、プロセス室12から取り出すことができる。
When using the
両方の照射ユニット22a、22bは、レーザービーム源26例えば約1070〜1080nmの波長のレーザー光を発するダイオード励起イッテルビウムファイバレーザーと結合される。第1及び第2照射ユニット22a、22bの各々は、例えば放射ビームを拡大するためのビームエクスパンダとスキャナと対物レンズとを含むことができるレーザービーム源26によって発せられた放射ビームを案内及び/又は処理するための光学ユニットを備える。又は、照射ユニット22a、22bの光学ユニットは、集束レンズを含むビームエクスパンダとスキャナユニットとを備えることができる。スキャナユニットによって、ビーム経路の方向及びビーム経路に対して直角を成す平面の両方における放射ビームの焦点位置は、変更し適合化できる。スキャナユニットは、検流計スキャナの形式で設計でき、対物レンズは、fθ対物レンズとすることができる。図1に示す装置10の実施形態において、照射ユニット22a、22bによって発せられる放射ビーム24a、24bは、レーザービームである。
Both
装置10は、更に、放射ビーム24a、24bと原料粉末の相互作用によって生じるメルトプールを監視するためのメルトプール監視システム28を備える。メルトプール監視システム28は光学計測機器30を備え、図1に示す装置10の実施形態において光学計測機器は高温検出機器の形式で設計される。光学計測機器30は、熱放射を受けてこれを検出するように構成される。熱放射は、原料粉末が加熱され溶融されるメルトプールの温度に応じて固有の波長の最大強度を有する可視及び/又は赤外線波長範囲の電磁放射とすることができる。検出された熱放射に応じて、光学計測機器30は、検出された放射強度を示す強度値を出力する。
The
更に、装置10は、原料粉末層15の欠損又は不規則性を検出するためにキャリア16上に塗布された原料粉末層15を監視するのに役立つ層制御システム31を備える。層制御システム31は、光学計測機器32を備える。光学計測機器は、図1に示す装置10の実施形態において、カメラと画像処理システムを備える画像ピックアップ機器の形式で設計される。光学計測機器32、特に光学計測機器32のカメラは、照射平面Sの二次元画像を捕捉するように構成される。更に、光学計測装置32の画像処理システムは、欠損又は不規則性を検出するために原料粉末層15の上面の二次元画像を自動的に処理するように構成される。又は、画像処理システムは、省略でき、光学計測機器32によって捕捉された画像は、装置10のオペレータによって目視検査できる。
Further, the
図2において、図2a、2b及び2cは、それぞれ、照射ユニット22a、22b及び第1及び第2照射ユニット22a、22bの較正に使用される走査野プレート33の平面概略図、前面概略図及び側面概略図である。走査野プレート33の上面は、ビーム放射平面Bから規定の距離に配置される較正照射平面Cを画定する。照射平面Sと同様、較正照射平面Cも、第1照射ユニット22aによって照射できる第1照射ゾーン18aと、第2照射ユニット22bによって照射できる第2照射ゾーン18bと、第1及び第2照射ユニット22a、22bの両方によって照射できる重なりゾーン18cと、を備える。
In FIG. 2, FIGS. 2a, 2b and 2c are a schematic plan view, a schematic front view and a side surface of the
照射システム20の第1照射ユニット22aは、較正照射平面Cにおいて第1照射ユニット22aによって発せられた第1放射ビーム24aの基準パターンに対するオフセットが閾値を上回らないように、例えば欧州特許第3241668(A1)号明細書(特許文献3)において説明されるように、較正される。更に、照射システム20の第2照射ユニット22bも、較正照射平面Cにおいて第2照射ユニット22aによって発せられた第2放射ビーム24bの基準パターンに対するオフセットが閾値を上回らないように、例えば欧州特許第3241668(A1)号明細書(特許文献3)において説明されるように、較正される。
The
第1及び第2照射ユニット22a、22bの較正後、較正照射平面Cの重なりゾーン18における第1と第2放射ビーム24a、24bの間のオフセットは、無視できる。即ち、第1及び第2照射ユニット22a、22bは、指定される較正照射平面Cの重なりゾーン18cにおける第1放射ビーム24aの入射点が、較正照射平面Cの重なりゾーン18cにおける第2放射ビーム24bの入射点と一致するように、制御機器21によって制御できる(図2a〜2c)。
After calibrating the first and
図2d及び2eに示すように、装置10の通常作動時に三次元加工品を製造するために、第1及び第2照射ユニット22a、22bによって発せられた第1及び第2放射ビーム24a、24bで照射される予定の粉末層15は、粉末塗布機器14によってキャリア16上に塗布される。その結果、原料粉末層15の表面によって画定され装置10の作動時に照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bを受ける原料粉末層15の照射平面Sは、較正照射平面Cに対して実質的に平行でかつ較正照射平面Cから距離dに配置される。距離dは、ビーム放射平面Bに対する粉末塗布機器14特に粉末塗布機器14のレベリングスライダ17の位置に依存する。
As shown in FIGS. 2d and 2e, in order to manufacture a three-dimensional processed product during normal operation of the
図2d及び2eに示すように、較正照射平面Cと照射平面Sとの間に存在するz方向のオフセットは、不可避的に、照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bの照射平面S内におけるx方向及びy方向のオフセットdxr、dyrを生じる。図2dから明らかなように、照射平面S内におけるx方向の放射ビーム24a、24bのオフセットdxrは、照射平面Sにおける放射ビーム24a、24bの両方の入射点が同じ量dxrだけシフトするので、あまり重要ではない。これに対して、照射平面Sにおけるy方向の放射ビーム24a、24bのオフセットdyrは、照射平面Sにおける放射ビーム24a、24bの入射点をy方向において相互に2dyrだけ離間させる。
As shown in FIGS. 2d and 2e, the z-direction offset existing between the calibration irradiation plane C and the irradiation plane S inevitably causes the irradiation planes of the
照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bの入射点の間のオフセットを補正するために、較正済み第1照射ユニット22aを使用して照射平面Sの重なりゾーン18cに第1テスト構造体34が製造される。更に、較正済み第2照射ユニット22bを使用して照射平面Sの重なりゾーン18cに第2テスト構造体36が製造される。第1及び第2テスト構造体34、36の様々な実施形態を図3〜6に示す。但し、全ての対のテスト構造体34、36は、同じ原料粉末層に相互に隣接して製造される点が共通している。
A first test structure is used in the overlapping
次のステップにおいて、照射平面Sにおける第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytが測定される。その後、第1及び第2照射ユニット22a、22bの少なくとも一方は、照射平面Sにおける第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytが小さくなり、最終的に閾値を上回らないように、照射平面Sにおける第1と第2テスト構造体34、36の間に測定されたオフセットdxt、dytに基づいて、整列される。
In the next step, the offset dx t , dy t between the first and
図3〜6に示す代表的なテスト構造体34、36(下でさらに詳しく説明する)は、照射平面Sにおいて第1と第2テスト構造体34、36の間で測定されたオフセットdxt、dytが第1及び第2照射ユニット22a、22bの少なくとも一方を整列するために直接使用できるような形状及び配列を持つ。テスト構造体34、36の測定オフセットdxt、dytを補正するために、照射平面Sにおける第1放射ビーム24aの入射点をシフトするために第1照射ユニット22aのみを修正するか、又は第2照射ユニット22bは照射平面Sにおける第2放射ビーム24bの入射点を−dxr及び−dyrだけシフトするために修正するか、又は第1及び第2放射ビーム24a、24bの入射点を整列させるために両方の照射ユニット22a、22bを修正できる。例えば、これは、照射ユニット22a、22bの一方を−dxt、−dytだけシフトすることによって、又はオフセットdxt、dytを補正するために適切な量だけ両方の照射ユニット22a、22bをシフトすることによって可能である。
第1及び第2テスト構造体34、36は、三次元加工品を製造するための装置10の通常作動とは別個に実施される装置10の整列作動時に製造できる。例えば、第1及び第2テスト構造体34、36は、造形プロセスの完了後で新しい造形プロセスの開始前に実施される装置10の整列作動の過程で製造できる。但し、第1及び第2テスト構造体34、36を装置10の通常作動時に製造することも可能である。即ち第1及び第2テスト構造体34、36及び三次元加工品は、単一の造形プロセスにおいて同時に製造できる。
The first and
第1及び第2テスト構造体34、36は、テスト構造体34、36及び任意に三次元加工品を上に造形するためにキャリア16上に配置された基質板に接続される塊状コンポーネントの形式で製造できる。テスト構造体34、36が装置10の通常作動時に製造される場合、テスト構造体34、36は、同時に製造される三次元加工品の層の数に合致する層の数で形成できる。塊状コンポーネントの形式のテスト構造体34、36は、造形プロセス完了後に、第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを測定するために、例えば図7に示すマイクロメータースクリューの助けで計測できる。第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを計測するために、テスト構造体34、36は、キャリア16又は基質板に接続したままにするか、又はキャリア16又は基質板から外すことができる。キャリ16からテスト構造体34、36を外す際及びテスト構造34、36の間のオフセットdxt、dytを計測する際のテスト構造体34、36の取り扱いを改良するために、テスト構造体34、36は共通ベース上に製造できる。
The first and
又は、第1テスト構造体34及び第2テスト構造体36は、基質板とは別個に形成されるロストコンポーネントの形式で製造できる。特に、ロストコンポーネントの形式で製造されたテスト構造体34、36は、同時に製造される三次元加工品の層の数より少ない層の数で製造できる。第1テスト構造体34及び第2テスト構造体36の少なくとも1つの層は、キャリア16から所定の距離で造形される同時に製造される三次元加工品の中間層と同一面に配列できる。更に、テスト構造体の層は、規則的に又はランダムに又はアルゴリズムに基づいて製造されることが想定できる。例えば、5つのテスト構造体の層は、加工品20層ごとの5つの加工品層と同平面に製造できる。
Alternatively, the
第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytは、第1及び第2テスト構造体34、36の製造の完了後のみに測定できる。その代わりに又はそれに加えて、第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytは、第1及び第2テスト構造体34、36の製造時に、例えば第1及び第2テスト構造体34、36の1つの層の完成後で第1及び第2テスト構造体34、36の更なる層の製造開始前に、測定できる。
The offset dx t , dy t between the first and
図1に示す装置10において、第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytは、メルトプール監視システム28の光学計測機器30の助けでかつ/又は層制御システム31の光学計測機器32の助けで、測定できる。メルトプール監視システム28の光学計測機器30の助けで第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを計測するために、第1及び第2テスト構造体34、36の1つの層の完成後に、第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域は、第1及び第2照射ユニット22a、22bの少なくとも一方によって発せられたテスト放射ビームで走査される。テスト放射ビームで走査される照射平面Sの領域は、完璧に整列された第1と第2照射ユニット22a、22bによって製造された第1及び第2テスト構造体34、36が位置すると予想される領域だけでなく、走査予定の領域が第1と第2照射ユニット22a、22bの不整列のせいで相互にオフセットする第1及び第2テスト構造体34、36を含むようにするために周囲の領域も含むように、設定される。
In the
特に、第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域は、照射平面S内に延びる第1の複数のスキャンベクトル及び第1の複数のスキャンベクトルに対して所定の角度特に直角を成して照射平面S内に延びる第2の複数のスキャンベクトルを含むパターンに従って、テスト放射ビームで走査される。第1及び第2の複数のスキャンベクトルの平行のスキャンベクトルは、一方向である。更に、第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域は、第1及び第2テスト構造体34、36の製造時の第1及び第2放射ビーム24a、24bのビームパワー及びスキャン速度より低いビームパワー及びスキャン速度のテスト放射ビームで走査される。又、第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域は一方向に照射される。
In particular, the region of the irradiation plane S including the first and
第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域の走査時に、テスト放射ビームと第1及び第2テスト構造体34、36かあるいは照射平面S内で第1及び第2テスト構造体34、36を取り囲む原料粉末との相互作用は、光学計測機器30によって監視される。テスト放射ビームが非固化原料粉末に入射するとき、光学計測機器30によって検出される強度値は、テスト放射ビームが以前に固化したテスト構造体表面に入射するとき光学計測機器30によって検出される強度値より高い。その結果、第1及び第2テスト構造体34、36と第1及び第2テスト構造体34、36を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所、したがって第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを測定できる。
When scanning the region of the irradiation plane S including the first and
層制御システム31の光学計測機器32が第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを測定するために使用される場合、第1及び第2テスト構造体34、36の1つの層の完成後の照射平面Sの画像特に二次元画像を捕捉できる。捕捉された画像は、照射平面S全体の又は第1及び第2テスト構造体34、36を含む照射平面Sの領域のみを含むことができる。第1及び第2テスト構造体34、36と第1及び第2テスト構造体34、36を取り囲む原料粉末との間の境界線の場所は、自動画像処理によって又は手動で即ち捕捉画像を目視検査することによって、照射平面Sの捕捉画像に基づいて測定できる。
When the
照射ユニット22a、22bは、第1及び第2テスト構造体34、36の製造完了後にオフセットdxt、dytが閾値を上回らないように第1と第2テスト構造体34、36の間に測定されたオフセットdxt、dytに基づいて整列できる。その代わりに又はそれに加えて、オフセットdxt、dytが第1及び第2テスト構造体34、36の製造中にも閾値を上回らないように、第1と第2テスト構造体34、36の間の測定オフセットdxt、dytに基づいて照射ユニット22a、22bを整列することも想定できる。例えば、照射ユニット22a、22bを整列するための整列手順は、第1及び第2テスト構造体34、36の1つの層の完成後に、但し第1及び第2テスト構造体34、36のその後の層の生成前に、実施できる。第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytの測定と同様、照射ユニット22a、22bの整列も、手動又は例えば制御機器21の制御の下で自動的に実施できる。
The
図3〜6にテスト構造体の様々な代表的設計を示す。これらの図から明らかになるように、テスト構造体34、36の設計は、第1と第2テスト構造体34、36が同じ原料粉末層において即ちキャリア16の表面に対して実質的に平行の同じ平面において、相互に隣接できるようにする。その結果、第1と第2テスト構造体34、36は、同時にかつ低い造形高さで製造できる。更に、図3〜6に従った様々なテスト構造体設計は、第1照射ユニット22aと第2照射ユニット22bが整列されたとき、第1テスト構造体34及び第2テスト構造体36が、第1テスト構造体34の少なくとも1つの縁が第2テスト構造体36の少なくとも1つの縁と同一面に配列される形状および配列を持つ点で共通である。言い換えると、テスト構造体34、36は、第1及び第2照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24b間のオフセットdxr、dyrが、照射ユニット22a、22bが整列されたとき相互に対して同一面に延びる第1と第2テスト構造体34、36の縁の間に対応するオフセットdxt、dytを生じるような形状および配列を持つ。
Figures 3-6 show various typical designs of the test structure. As is clear from these figures, the design of the
図3は、テスト構造体設計の第1実施形態を示す。図3aは、整列済み照射ユニット22a、22bによって製造されたテスト構造体配列の外観を示し、図3bは、照射平面内でx方向及びy方向の両方において相互にオフセットする放射ビーム24a、24bを発する照射ユニット22a、22bによって製造されるテスト構造体配列の外観を示す。テスト構造体配列は、2対の第1及び第2テスト構造体34、36を含む。両方の第1テスト構造体34は、長方形状を持ち、同じ原料粉末層において第2テスト構造体36に隣接して製造され配列される。第2テスト構造体36も、第1テスト構造体34の長方形状と合同の長方形状を有する。テスト構造体34、36の対の各々において、第1と第2テスト構造体34、36は、並んで配列される。
FIG. 3 shows a first embodiment of the test structure design. FIG. 3a shows the appearance of the test structure array manufactured by the aligned
図3において左側に示される第1対のテスト構造体34、36において、第1テスト構造体34の下縁38は、第1照射ユニット22aと第2照射ユニット22bが整列されたとき照射平面S内でx方向に対して平行にかつ第2テスト構造体36の下縁40と同一面に配列される(図3a)。これに対して、第1照射ユニット22aと第2照射ユニット22bが整列されないとき、照射平面S内でy方向のオフセットdytが、第1テスト構造体34の下縁38と第2構造体36の下縁40との間に生じ、これは、照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bの間のオフセットdyrに合致する。
In the first pair of
図3において右側に示され第1対のテスト構造体34、36に対して90°回転された第2対のテスト構造体34、36において、第1テスト構造体34の左縁42は、第1照射ユニット22aと第2照射ユニット22bが整列されたとき、照射平面S内でy方向に対して平行にかつ第2テスト構造体36の左縁44と同一面に配列される(図3a)。これに対して、第1照射ユニット22aと第2照射ユニット22bが整列されないとき、照射平面S内でx方向のオフセットdxtが第1テスト構造体34の左縁42と第2テスト構造体36の左縁44との間に生じる。これは、照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bの間のオフセットdxrに合致する。
In the second pair of
図3に従ったテスト構造体配列は、容易に製造できる。更に、テスト構造体34、36の間のオフセットは、例えば上述のように手動計測ツールによって又は光学計測機器30、32によって、容易に計測できる。但し、照射平面S内でx方向及びy方向の両方向のオフセットを測定しなければならない場合、2対のテスト構造体34、36を製造し計測する必要がある。
The test structure array according to FIG. 3 can be easily manufactured. Further, the offset between the
別のテスト構造体配列を図4に示す。図4aは、整列済み照射ユニット22a、22bによって製造されたテスト構造体配列の外観を示し、図4bは、照射平面S内でx方向及びy方向の両方において相互にオフセットする放射ビーム24a、24bを発する照射ユニット22a、22bによって製造されたテスト構造体配列の外観を示す。第1及び第2テスト構造体34、36の各々は、実質的に線状である。第1テスト構造体34は、十字の左上部分を形成し、第2テスト構造体36は、十字の右下部分を形成する。
Another test structure array is shown in FIG. FIG. 4a shows the appearance of the test structure array manufactured by the aligned
図4bから明らかになるように、照射ユニット22a、22bによって発せられた放射ビーム24a、24bの間のオフセットdxr、dyrは、テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytを生じるので、照射平面S内での両方向における放射ビーム24a、24bのオフセットdxr、dyrは単一対のテスト構造体34、36の助けで測定できる。但し、線状テスト構造体34、36の間のオフセットdxt、dytの手動測定は、可能ではないか又は少なくとも非常に困難なので、図4に従ったテスト構造体列は、第1及び第2テスト構造体34、36の製造時に実施されるオフセット測定プロセスに特に有利である。
As is clear from FIG. 4b, the offset dx r , dy r between the
2つ超えの照射ユニット特に4つの照射ユニットを整列するためのプロセスに使用するのに特に適する別のテスト構造体配列を図5に示す。図5aは、整列済み照射ユニットによって製造されたテスト構造体配列の外観を示し、図5bは、照射平面S内でx方向及びy方向の両方において相互に対してオフセットする放射ビームを発する照射ユニットによって製造されたテスト構造体配列の外観を示す。図5の上部分は、第3及び第4照射ユニットによって照射できる重なりゾーン18c34に造形されるテスト構造物34、36を示す。図5の中央部分は、第2及び第3照射ユニットによって照射できる重なりゾーン18c23に造形されるテスト構造体34、36を示す。図5の下部分は、第1及び第2照射ユニットによって照射できる重なり部分18c12に造形されるテスト構造体34、36を示す。
Another test structure sequence that is particularly suitable for use in the process for aligning more than two irradiation units, especially four irradiation units, is shown in FIG. FIG. 5a shows the appearance of a test structure array manufactured by the aligned irradiation unit, and FIG. 5b shows an irradiation unit that emits radiation beams that are offset from each other in both the x and y directions within the irradiation plane S. Shows the appearance of the test structure array manufactured by. The upper part of FIG. 5 shows the
第1テスト構造体34の各々は、テスト構造体34、36を製造するために使用される照射ユニットが整列されたとき、対応する実質的にL字形の第2テスト構造体36に与えられたカットアウトの中に嵌まる長方形状を有する(図5a)。これに対して、それぞれのテスト構造体34、36を製造するために使用される照射ユニットによって発せられる放射ビームの間のオフセットは、テスト構造体34、36の間のオフセットを生じる(図5b)。したがって、図5bの上部分に示すテスト構造体34、36のオフセットdxt43、dyt43を計測することによって、照射平面S内でのx方向及びy方向の両方における第3及び第4照射ユニットによって発せられた放射ビームの間のオフセットの測定が可能になる。図5bの中央部分に示すテスト構造体34、36のオフセットdxt32、dyt32を計測することによって、照射平面S内でのx方向及びy方向の両方における第2及び第3照射ユニットによって発せられた放射ビームの間のオフセットの測定が可能になる。又、図5bの下部分に示すテスト構造体34、36のオフセットdxt12、dyt12を計測することによって、照射平面S内でのx方向及びy方向の両方における第1及び第2照射ユニットによって発せられた放射ビームの間のオフセットの測定が可能になる。
Each of the
第1と第2テスト構造体34、36は、図5に示すように相互に接触するように配列できる。但し、図6に示すように、第1と第2テスト構造体34、36は相互に所定の距離で配列することも想定できる。図6aは、整列済み照射ユニットよって製造されたテスト構造体配列の外観を示し、図6bは、照射平面S内でx方向及びy方向の両方において相互に対してオフセットする放射ビームを発する照射ユニットによって製造されたテスト構造体配列の外観を示す。図6に従った配列は、テスト構造体34、36の製造に使用される照射ユニットの非整列のせいによる原料粉末領域の二重照射の危険を最小限に抑える。
The first and
図7に示すように、テスト構造体34、36は、例えばマイクロメータースクリューの助けで計測できる。図7aに示すように、第1ステップにおいて、x方向の設定寸法(set extension)は、x方向における第2テスト構造体36のソリッド(図7において上)部分の寸法を計測することによって測定できる。第2ステップにおいて、x方向における第1及び第2テスト構造体34、36の組合せの寸法が、x方向の実寸法を測定するために、図7bに示すように計測できる。第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdxtは、図7aに従って計測したx方向の設定寸法と図7bに従って計測したx方向の実寸法との間の差を形成することによって測定できる。y方向における第1と第2テスト構造体34、36の間のオフセットdytの測定も同様に実施できる。
As shown in FIG. 7, the
図5に従ったテスト構造体配列を使用するオフセット測定に基づいて4つの照射ユニットを整列するために、第1ステップにおいて、第3照射ユニットは、例えば、第1照射ユニットによって発せられた照射ビームを−dxr32及び−dyr32だけシフトするために第3照射ユニットを−dxt32及び−dyt32だけシフトすることによって、計測オフセットdxt32、dyt32を補正するために整列できる。第1照射ユニットは、第1照射ユニットによって発せられた放射ビームを−dxr12及び−dyr12だけシフトするために−dxt12及び−dyt12だけシフトされる。その後、第4照射ユニットは、第3照射ユニットの以前のシフトを考慮しながら、第4照射ユニットによって発せられた放射ビームを(−dxt43−dxt32)及び(dyt43−dyt32)だけシフトするために、(−dxt43−dxt32)及び(dyt43−dyt32)だけシフトされる。第2照射ユニットの位置は、一定に維持される。したがって、第2照射ユニットは、一種の基準照射ユニットとして使用される。但し、他の照射ユニット例えば第3照射ユニットを固定位置基準照射ユニットして使用することも想定できる。 In order to align the four irradiation units based on the offset measurement using the test structure array according to FIG. 5, in the first step, the third irradiation unit is, for example, the irradiation beam emitted by the first irradiation unit. the third illumination units to shift by -dx r32 and -dy r32 by shifting -dx t32 and -dy t32, can be aligned in order to correct the measurement offset dx t32, dy t32. The first irradiation unit is shifted by -dx t12 and -dy t12 in order to shift the radiation beam emitted by the first irradiation unit by -dx r12 and -dy r12 . Thereafter, fourth irradiation unit, taking into account the previous shift of the third illumination unit, the radiation beam emitted by the fourth radiation unit only (-dx t43 -dx t32) and (dy t43 -dy t32) Shift In order to do so, it is shifted by (-dx t43- dx t32) and (dy t43- dy t32). The position of the second irradiation unit is maintained constant. Therefore, the second irradiation unit is used as a kind of reference irradiation unit. However, it can be assumed that another irradiation unit, for example, a third irradiation unit is used as a fixed position reference irradiation unit.
照射ユニット22a、22bの整列後、装置10の通常作動時に、三次元加工品を製造するために、ビーム放射平面Bと照射平面Dとの間の定距離Dを維持しながら、複数の原料粉末層15がキャリア16上に塗布され、較正及び整列済み第1及び第2照射ユニット22a、22bによって発せられた第1及び第2照射ビーム24a、24bで照射される。その結果、照射ユニット22a、22bの較正及び整列状態が維持されて、三次元加工品の継続的な高品質が得られる。ビーム放射平面Bと照射平面Sとの間の距離Dは、単一の加工品の製造時だけでなくその後の加工品製造プロセスにおいても、一定に維持されなければならない。その結果、その後の加工品製造プロセスの間の付加的な較正及び/又は整列手順を省くことができる。
After the
ビーム放射平面Bと照射平面Sとの間に定距離Dを維持するために、粉末塗布機器14特に粉末塗布機器14のレベリングスライダ17は、位置付けツール27によってビーム放射平面Bに対して適切に位置付けされる。特に、位置付けツール27は、ビーム放射平面Bと照射平面Sとの間の定距離Dがレベリングスライダ17の交換後も維持されるように粉末塗布機器14を位置付けるために使用される。
In order to maintain a constant distance D between the beam radiation plane B and the irradiation plane S, the leveling
Claims (22)
i)前記照射システム(20)によって発せられる放射ビーム(24a、24b)で照射される予定の照射平面(S)を画定するようにキャリア(16)上に第1原料粉末層を塗布するステップと、
ii)前記照射システム(20)の較正済み第1照射ユニット(22a)によって発せられた第1放射ビーム(24a)を使用して前記照射平面(S)の重なりゾーン(18c)において前記第1原料粉末層に第1テスト構造体(34)を製造するステップと、
iii)前記照射システム(20)の較正済み第2照射ユニット(22b)によって発せられた第2放射ビーム(24b)を使用して前記照射平面(S)の前記重なりゾーン(18c)において前記第1原料粉末層に第2テスト構造体(36)を製造するステップと、
iv)前記照射平面(S)における前記第1と前記第2テスト構造体(34、36)の間のオフセット(dxt、dyt)を測定するステップと、
v)前記オフセットが閾値を上回らないように前記第1と前記第2テスト構造体(34、36)の間の前記測定オフセット(dxt、dyt)に基づいて前記第1及び前記第2構成済み照射ユニット(22a、22b)の少なくとも一方を整列するステップと、
を含む、方法。 A method of arranging a multi-beam irradiation system (20) for use in an apparatus (10) for manufacturing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation. ,
i) A step of applying the first raw material powder layer on the carrier (16) so as to define the irradiation plane (S) to be irradiated by the radiation beams (24a, 24b) emitted by the irradiation system (20). ,
ii) The first raw material in the overlapping zone (18c) of the irradiation plane (S) using the first radiation beam (24a) emitted by the calibrated first irradiation unit (22a) of the irradiation system (20). Steps to manufacture the first test structure (34) in the powder layer,
iii) The first in the overlapping zone (18c) of the irradiation plane (S) using the second radiation beam (24b) emitted by the calibrated second irradiation unit (22b) of the irradiation system (20). The step of manufacturing the second test structure (36) on the raw material powder layer,
iv) A step of measuring the offset (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) in the irradiation plane (S).
v) The first and second configurations based on the measurement offsets (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) so that the offset does not exceed the threshold. With the step of aligning at least one of the completed irradiation units (22a, 22b),
Including methods.
−三次元加工品を製造するための前記装置(10)の通常作動とは別個に実施される前記装置(10)の整列作動時に、かつ/又は
−三次元加工品を製造するための前記装置(10)の通常作動時に、
製造される、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The first test structure (34) and the second test structure (36)
-At the time of alignment operation of the device (10), which is performed separately from the normal operation of the device (10) for manufacturing the three-dimensional processed product, and / or-the device for manufacturing the three-dimensional processed product. During normal operation of (10)
Manufactured,
The method according to any one of claims 1 to 3.
−特に基質板に接続されかつ/又は特に同時に製造される三次元加工品の層の数に合致する数の層を含む塊状コンポーネントの形式で、又は
−特に同時に製造される三次元加工品の層の数より小さい数の層を含む基質板とは別個に形成されたロストコンポーネントの形式で、
製造される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 The first test structure (34) and the second test structure (36)
-Especially in the form of massive components containing a number of layers that match the number of layers of the 3D work piece, especially connected to the substrate and / or especially simultaneously produced, or-especially the layers of the 3D work piece manufactured at the same time. In the form of a lost component formed separately from the substrate plate containing a number of layers less than the number of
Manufactured,
The method according to any one of claims 1 to 4.
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の前記製造の完了後に、及び/又は
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の前記製造時に、
測定される、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 The offset (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) is
-After the completion of the manufacture of the first and second test structures (34, 36) and / or-at the time of the manufacture of the first and second test structures (34, 36).
Measured,
The method according to any one of claims 1 to 6.
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の層の完成後に、前記第1及び前記第2照射ユニット(22a、22b)の少なくとも一方によって発せられたテスト放射ビームで前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)を含む前記照射平面(S)の領域を走査することと、
−前記光学計測機器(30)によって前記テスト放射ビームと前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)かあるいは前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)を取り囲む原料粉末との相互作用を監視することと、
−前記テスト放射ビームと前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)及び前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)を取り囲む前記原料粉末との前記相互作用に基づいて、前記第1及び第2テスト構造体(34、36)と前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)を取り囲む前記原料粉末との間の境界線の場所を測定することと、
を含む、
請求項8又は9に記載の方法。 Measuring the offset (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) can be done.
-After completion of the layers of the first and second test structures (34, 36), the first with a test radiation beam emitted by at least one of the first and second irradiation units (22a, 22b). And scanning the region of the irradiation plane (S) including the second test structure (34, 36).
-The raw material powder surrounding the test radiation beam and the first and second test structures (34, 36) or the first and second test structures (34, 36) by the optical measuring instrument (30). To monitor the interaction with
-Based on the interaction between the test radiation beam and the raw material powder surrounding the first and second test structures (34, 36) and the first and second test structures (34, 36). To measure the location of the boundary between the first and second test structures (34, 36) and the raw material powder surrounding the first and second test structures (34, 36).
including,
The method according to claim 8 or 9.
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の層の完成後に、前記照射平面(S)の画像特に二次元画像を捕捉することと、
−前記照射平面(S)の前記捕捉された画像に基づいて、前記第1及び前記第2テスト構造体と前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)を取り囲む前記原料粉末との間の境界線の場所を測定することと、
を含む、
請求項9〜13のいずれか1項に記載の方法。 Measuring the offset (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) can be done.
-After the completion of the layers of the first and second test structures (34, 36), capturing an image of the irradiation plane (S), especially a two-dimensional image,
-Based on the captured image of the irradiation plane (S), the first and second test structures and the raw material powder surrounding the first and second test structures (34, 36). Measuring the location of the border between
including,
The method according to any one of claims 9 to 13.
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の前記製造の完了後に、及び/又は
−前記第1及び前記第2テスト構造体(34、36)の前記製造時に、
前記オフセットが閾値を上回らないように前記第1と前記第2テスト構造体(34、36)の間の前記測定オフセット(dxt、dyt)に基づいて整列される、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。 At least one of the first and second calibrated irradiation units (22a, 22b)
-After the completion of the manufacture of the first and second test structures (34, 36) and / or-at the time of the manufacture of the first and second test structures (34, 36).
Aligned based on the measured offset (dx t , dy t ) between the first and second test structures (34, 36) so that the offset does not exceed the threshold.
The method according to any one of claims 1 to 14.
−請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法に従って前記マルチビーム照射システム(20)を整列するステップと、
−ビーム放射平面(B)と前記照射平面(S)との間に定距離(D)を維持しながら、三次元加工品を製造するために、前記キャリア(16)上に更なる原料粉末層を塗布して、前記較正済みかつ整列済み第1及び第2照射ユニット(22a、22b)によって発せられた前記第1及び前記第2照射ビーム(24a、24b)で前記原料粉末層を照射するステップと、
を含む、方法。 A method of operating an apparatus (10) for manufacturing a three-dimensional processed product by irradiating a layer of raw material powder with electromagnetic or particle radiation, which comprises a multi-beam irradiation system (20).
-A step of aligning the multi-beam irradiation system (20) according to the method according to any one of claims 1 to 20.
-A further raw material powder layer on the carrier (16) to produce a three-dimensional processed product while maintaining a constant distance (D) between the beam radiation plane (B) and the irradiation plane (S). And irradiate the raw material powder layer with the first and second irradiation beams (24a, 24b) emitted by the calibrated and aligned first and second irradiation units (22a, 22b). When,
Including methods.
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