JP2022523494A - レーザ出力変調による積層造形 - Google Patents

レーザ出力変調による積層造形 Download PDF

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Abstract

本発明は、粉末層からの３次元物体の選択的積層造形のための方法に関するものであり、本方法は、積層造形粉末層を支持体又は先に固化された層に付加する段階と、積層造形粉末層の第１の点の上に第１の点を含む粉末層の第１のゾーンを固化するためにレーザビームを放出する段階とを含み、本方法はまた、粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされる第１の点とは別の粉末層の第２の点での粉末層の推定温度変動であって、第１の点と第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる上記推定温度変動に応じてレーザビームの出力を調節する段階と、第２の点を含む粉末層の第２のゾーンを固化するために調節出力を用いて第２の点の上にレーザビームを放出する段階であって、第１の点の上へのレーザビームの放出及び第２の点の上へのレーザビームの放出が予め決められた時間間隔によって時間的に分離される上記放出する段階とを含む。【選択図】図１０

Description

本発明は、選択的積層造形の一般分野に関する。
選択的積層造形は、粉末材料（金属粉末、セラミック粉末など）の連続層内で選択されたゾーンを固化することによって３次元物体を生成することにある。固化されたゾーンは、３次元物体の連続断面に対応する。固化は、出力源を用いて実施される全体的又は部分的な選択的融解を通して例えば層毎に行われる。
従来、粉末の層を溶融するための光源として高出力レーザ光源又は電子ビーム光源が用いられている。
従来、高出力レーザ光源を用いて３次元物体を製造するための工程中に、粉末が到達する最高温度は、蒸発温度を超える場合があり、粉末層内の温度場は、有意な勾配を示す。
蒸発による材料の損失及び急な勾配は、残留応力をもたらし、これは、物体の機械的特性に対して、特に、局所変形、マイクロメートル規模又はそれよりも大きい亀裂に対して影響を有し、微小亀裂及び層の転位を引き起こす。
従って、製造工程中に粉末の層の温度場をより良好に制御する必要性が存在する。
本発明の全体的な目標は、従来技術の積層造形方法の欠点を解消することである。
特に、本発明の目標は、工程中に温度場をより良好に制御するためのソリューションを提案することである。
この目標は、粉末層からの３次元物体の選択的積層造形のための方法によって本発明の関連で達成され、本方法は、
－積層造形粉末層を支持体に又は先に固化された層に付加する段階と、
－積層造形粉末層の第１の点の上にこの第１の点を含む積粉末層の第１のゾーンを固化するためにレーザビームを放出する段階と、
を含み、本方法はまた、
－粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされる粉末層の第１の点とは別の第２の点での粉末層の推定温度変動に応じてレーザビームの出力を調節する段階であって、推定温度変動が第１の点と第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる、上記調節する段階と、
－第２の点を含む粉末層の第２のゾーンを固化するために調節出力を用いて第２の点の上にレーザビームを放出する段階であって、第１の点の上へのレーザビームの放出及び第２の点の上へのレーザビームの放出が予め決められた時間間隔によって時間的に分離される上記放出する段階と、
を含む。
そのような方法は、それ自体で又は組合せで考慮される以下の様々な特徴又は段階によって有利に補足される：
－推定温度変動ΔＴは、第１の点と第２の点の間の距離ｒ21にかつ予め決められた時間間隔（ｔ2－ｔ1）に応じて、
Figure 2022523494000002
を計算することにより、予め推定され、Ｑ1は、粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出中に層が受け入れるエネルギであり、εは、粉末層の熱浸透率であり、Ｒは、レーザビームの半径であり、ａは、粉末層の熱拡散率であり、ｔ0は、予め決められた瞬間である。
－以下の２つの段階の組合せ：
－層のｎ番目の点での瞬間ｔnでの固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の推定値に応じてレーザビームの出力を調節する段階あって、ｎが、２よりも大きいか又はそれに等しい整数であり、推定値が、粉末層のｎ－１個のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされる粉末の温度変動に応じ、ｎ番目の点が、粉末層のｉ番目の点から距離ｒniに位置付けられ、ここで、
Figure 2022523494000003
であり、
各ｉ番目の点が、
Figure 2022523494000004
のように、固化粉末層のｉ番目のゾーン内に位置付けられ、かつ瞬間ｔiにレーザビームによって照明され、ここで、Ｔ0は初期粉末温度である上記調節する段階、及び
－瞬間ｔnで、調節出力を用いて、ｎ番目の点を含む粉末層のｎ番目のゾーンを固化するためのレーザビームをｎ番目の点に向けて放出する段階。
－層のｎ番目の点で瞬間ｔnでの固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の推定において、層の（ｎ－１）個の第１の点の各ｉ番目の点が、
Figure 2022523494000005
であるように、粉末層のｎ番目の点から距離ｒniに位置付けられ、ここで、Ｖｌは、予め決められた空間近傍であり、各ｉ番目の点は、
Figure 2022523494000006
であるようにｉ番目の点に向けたレーザビームの放出の瞬間ｔiに対応し、ここで、Ｖｔは、予め決められた時間近傍であり、ここで、
Figure 2022523494000007
であり、ｎは、２よりも大きいか又はそれに等しい整数である。
－固化前温度Ｔｐ（ｔn）の推定値に応じる積層造形粉末層のｎ番目の点の上に放出されるレーザビームの出力Ｐnが、
Figure 2022523494000008
によって計算され、ここで、Δｔは、予め決められた時間区分であり、Ｔｓは、予め決められた閾値温度である。
－閾値温度Ｔｓは、以下の条件：
－レーザスポットの中心がその上を通過する点でかつレーザ通過時に達成されることになる粉末の温度、
－レーザスポットの中心がその上を通過する点での経時的に達成される粉末の最高温度、
－粉末層の点で経時的に達成される粉末の最高温度、
－粉末層のいずれの点でも経時的に超えないことになる上限温度、
－粉末のいずれの点でも下回らないことになる下限温度、又は
－製造工程中に任意的に可変であるこれらの条件の組合せ、
から選ばれた少なくとも１つの温度目標に応じて予め決められる。
－レーザは互いに平行な直線部分の第１の群を含む不連続経路に沿って走査する。
－レーザが、互いに平行な直線部分の第１の群と直線部分の第２の群とを含む連続経路に沿って走査し、第２の群の各直線部分が、第１の群の第１の直線部分の第１の端部と第１の群の第２の直線部分の第２の端部とを接合し、第２の直線部分が、第１の直線部分に隣接する。
－粉末層の１又は２以上のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされるｎ番目の点での粉末層の温度変動の推定が、製造工程が開始された状態で実施される。
本発明はまた、この節に説明するような方法を実施するように設計された選択的積層造形装置に関する。
特に、本発明は、粉末層からの３次元物体の選択的積層造形のための装置に関し、装置は、
－レーザ型光源と、
－光源が積層造形粉末層の第１の点の上に第１の点を含む粉末層の第１のゾーンを固化するためにレーザビームを放出するようにレーザ型光源を制御するように構成された制御ユニットと、
を含み、装置はまた、
－粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされる粉末層の第２の点での粉末層の推定温度変動を格納するためのメモリであって、推定温度変動が、第１の点と第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる上記メモリ、
を含み、制御ユニットは、
－メモリに格納された推定温度変動に応じてレーザビームの出力を調節し、
－光源が第２の点を含む粉末層の第２のゾーンを固化するために調節出力を用いて第２の点の上にレーザビームを放出し、第１の点の上へのレーザビームの放出及び第２の点の上へのレーザビームの放出が予め決められた時間間隔によって時間的に分離されるようにレーザ型光源を制御する、
ように構成される。
有利ではあるが任意的に、装置は、製造工程が開始された状態で粉末層の１又は２以上のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされるｎ番目の点での粉末層の温度変動の推定値を決定するように設計された計算機又はシミュレータ（Ｃ）によって補完される場合がある。
本発明の更に別の特徴及び利点は、純粋に例示的かつ非限定的であって添付図面と共に読むべきである以下の説明からより明らかになるであろう。
本発明の１つの可能な実施形態による積層造形装置の概略図である。 粉末層の面に位置付けられてレーザビームによって走査される経路の概略図である。 従来技術から公知の技術に従って粉末層がレーザビームによって走査された時に粉末によって達成される最高温度場の概略図である。 従来技術から公知の技術に従ったレーザビームによる粉末層の走査中に粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力の変化、固化前粉末温度の変化、レーザスポットの中心点での粉末温度の変化、及び粉末によって達成される最高温度の変化を示す概略図である。 従来技術から公知の技術によるレーザスポットの中心点での粉末によって達成される温度の概略マップである。 本発明の１つの可能な実施形態によるレーザビームによる粉末層の走査中の粉末層に向けて送られるレーザビームの出力の変化と、固化前粉末温度の変化と、レーザスポットの中心点での粉末温度の変化と、レーザスポットの中心点での粉末温度目標の変化と、粉末によって達成される最高温度とを示す概略図である。 本発明の１つの可能な実施形態に従って粉末層がレーザビームによって走査される時に粉末に向けて送られるレーザビームの出力場を示す概略図である。 従来技術から公知の２つの技術のうちの一方に従ってレーザビームによって走査される粉末層の面での経路の詳細を示す概略図である。 従来技術から公知の２つの技術のうちの一方に従ってレーザビームによって走査される粉末層の面での経路の詳細を示す概略図である。 レーザビームによって走査される粉末層の面での経路を示す概略図である。 本発明の１つの可能な実施形態に従ったレーザビームによる粉末層の走査中の粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力の変化、固化前粉末温度の変化、レーザスポットの中心点での粉末温度の変化、レーザスポットの中心点での粉末の温度目標の変化、及び粉末によって達成される最高温度の変化を示す概略図である。 本発明の１つの可能な実施形態に従って粉末層がレーザビームによって走査される時に粉末に向けて送られるレーザビームの出力場を示す概略図である。 本発明の１つの可能な実施形態に従って粉末層がレーザビームによって走査される時に粉末によって達成される最高温度場の概略図である。 粉末層の点の空間近傍及び時間近傍を決定するための方法を示す概略図である。 粉末層の点の空間近傍及び時間近傍を示す概略図である。
選択的積層造形装置
図１の選択的積層造形装置１は、
－様々な積層造形粉末（金属粉末、セラミック粉末など）がその上に順次堆積され、３次元物体（図１のモミの木の形状の物体１２２）を製造することを可能にする水平プレート１２３などの支持体と、
－プレート１２３の上方に位置付けられる粉末タンク１２７と、
－プレートの上のこの金属粉末の分配のための配置１２４であって、例えば、様々な連続粉末層を広げるための層形成ローラー及び／又はスプレッダー１２５を有する上記配置１２４と、
－広がった微細層の（全体又は部分）融解のための少なくとも１つのレーザ型光源１２１２を有するアセンブリ１２８であって、光源１２１２によって生成されたレーザビームが粉末平面内、すなわち、粉末層がスプレッダー１２５によって広げられた平面内で広がった微細層との接触状態になる上記アセンブリ１２８と、
－事前格納情報（メモリＭ）に応じて装置１２１の様々な構成要素を制御する制御ユニット１２９と、
－層が堆積される時にプレート１２３に対する支持体を引き下げること（双方向矢印Ｂに沿った移動）を可能にするための機構１２１０と、
を含む。
図１を参照して説明した例では、少なくとも１つのガルバノメトリックミラー１２１４が、制御ユニット１２９によって送られた情報に応じて光源１２１２からのレーザビームを物体１２２に対して向けを決めて移動させることを可能にする。当然ながら、いずれか他の偏向システムを想定することができる。
装置１２１の構成要素は、空気又は不活性ガスの処理回路に接続することができる密封チャンバ１２１７の内側に配置される。空気又は不活性ガスの処理回路は、密封チャンバ１２１７の中の圧力を大気圧を下回る又は上回るように調節するように設計することもできる。
一定出力レーザによって走査される粉末層内の経路
図２は、粉末層の面に位置付けられてレーザビームによって走査される経路を概略で示している。
従来技術から公知の技術によると、粉末層は、それを徐々に固化するためにレーザビームによってジグザグ移動又は前後移動で走査される。
レーザは、粉末層の第１の点Ａ1に向けて放出され、Ｘ軸方向に向けられた第１の直線部分に沿って点Ｂ1に至るまで一定出力及び一定速度で粉末層にわたって走査する。第１の直線部分は、０に近いＹ座標の値に対応し、正のＸ軸方向に走査される。
直線部分Ａ1Ｂ1の長さは、この例では１ミリメートルに等しい。
レーザビームによる第１の直線部分の走査は、粉末を融解させるのに十分なエネルギを粉末層に局所的に供給して第１の直線部分を含む層のゾーンを固化することを可能にする。
粉末層に向けたレーザの放出は、次に中断される。
レーザの放出は、レーザが第２の直線部分に沿って点Ｂ2から点Ａ2まで一定出力及び一定速度で走査するように再起動される。この直線部分は、第１の直線部分に対して平行である。第２の直線部分は、直前の直線部分のものよりも大きいＹ座標の値に対応し、負のＸ軸方向に走査される。
第２の直線部分の長さは、第１の部分のものと同じである。
再びレーザの放出は中断され、続いて第３の直線部分に沿って正のＸ軸方向に点Ａ3から点Ｂ3まで一定出力及び一定速度で走査するために再起動される。この直線部分は、２つの先行直線部分に対して平行であり、これら２つの先行直線部分のものよりも大きいＹ座標の値に対応する。
このようにして続けることで、図２の点Ａ9とＢ9とによって定義される第９の直線部分を一定速度及び一定出力で正のＸ軸方向に走査することができる。
全ての直線部分の長さは１ミリメートルである。
一定出力レーザ走査の熱効果
図３は、図２で説明した経路に沿ってレーザビームによって走査された時に粉末によって達成される最高温度場を概略で示している。
粉末層のいずれかの点での製造工程中の温度は、数値シミュレーションによって決定することができる。
調査された各点に関して、方法の進行中にこの点で粉末によって採用される温度の時間シーケンスを生成することができる。
この時間シーケンスから、工程中に調査された点での粉末によって達成される最高温度に対応するこのシーケンスの値の最大値を抽出することができる。
最も高い最高温度は、図２に関して上記で定義した直線部分の端部のうちの一方の近くに位置付けられる粉末層の点で達成される。
より具体的には、この点は、直線部分の２つの端部のうちでレーザによって最初に走査される端部である。
図２及び図３に示しているゾーンＺ1は、粉末層のそのような点に対応する。これらの点は、レーザによって最初に走査される第３の直線部分の終点の近くに位置付けられる。
最も高い最高温度は、３５００ケルビンの温度にほぼ対応する。この温度は、積層造形粉末の気化温度を超える場合がある。この場合は、特に、積層造形粉末が３４７３Ｋの気化温度を有するＴｉ６Ａｌ４Ｖで構成される時にそうである。
粉末の気化は、造形された物体内の隙間及び既に固化されたゾーン上への突起物を生じる場合があり、それによって造形された物体の品質、面状態、及び機械的特性を劣化させる場合がある。
更に、最も高い最高温度は、最高温度が１８００Ｋの前後の最も低い点の比較的近くに位置付けられる粉末層の点で達成される。
図２及び図３に示しているゾーンＺ2は、最高温度が最も低い粉末層の点に対応する。ゾーンＺ2は、ゾーンＺ1の近くに位置付けられる。
粉末層のゾーンＺ1とゾーンＺ2の間には比較的急な温度勾配が位置付けられる。より一般的には、新しい直線部分の走査の開始は、比較的急な温度勾配に関連する。
その後にこれらの勾配は、構成要素の機械的特性に対する影響を有して変形並びにマイクロメートル規模又はそれよりも大きい亀裂を引き起こす残留応力の発生を招く。
図４は、図２に示した経路に沿った上記で説明したようなレーザビームによる粉末層の走査中の異なる量の変化を概略で示し、異なる量は、
－粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力３０、
－固化前粉末温度３１、
－レーザスポットの中心点での粉末温度３２、及び、
－粉末の最高温度３３、この事例では製造工程中にレーザスポットの中心によって走査される点での粉末によって達成される最高温度、
である。
時間の関数として表されるレーザビームの出力３０の曲線は、図２の説明において上記で説明した各直線部分の走査時間を示している。
レーザビームが粉末層にわたって走査する速度は、１メートル毎秒である。
各直線部分の長さは１ミリメートルであることから、レーザビームは、各直線部分に沿って１ミリ秒で走査する。
２つの直線部分の間で、レーザビームの放出は休止され、出力はゼロまで降下する。
レーザビームの出力３０の経時曲線は、１ミリ秒の幅と一定の高さとを有する一連の矩形波に対応する。各直線部分は、３００Ｗの一定出力を有するレーザによって走査される。
各直線部分は矩形波に対応し、水平時間軸上に示している各瞬間ｕは、レーザが瞬間ｕに放出される経路上に位置付けられる粉末層の点Ｍに対応する。レーザスポットの中心は、瞬間ｕでは点Ｍの上を走査する。
レーザスポットは、レーザビームと粉末層の間の交点に位置付けられるレーザビームの断面に対応すると理解される。
レーザスポットは、円形状を有することができる。
固化前粉末温度３１は、瞬間ｕの直後の点Ｍでの粉末層の温度Ｔｐの推定値である。
この推定値は、瞬間ｕの前にレーザビームによって粉末層に供給されたエネルギの点Ｍでの拡散を特徴付ける。
曲線３１は、数値シミュレーションによって得られる。
レーザスポットの中心点での粉末温度３２は、レーザ通過時のレーザスポットの中心によって走査される点での粉末温度である。この温度は、瞬間ｕの直後の点Ｍでの粉末温度の推定値に対応する。
曲線３２は、数値シミュレーションによって得られる。
粉末によって達成される最高温度３３は、製造工程中に点Ｍで粉末によって達成される最高温度の推定値である。この推定値は、瞬間ｕでレーザによって点Ｍに向けて供給されるエネルギ、並びに瞬間ｕの前にレーザによって粉末層に供給されたエネルギの点Ｍへの拡散を考慮する。
曲線３３は、曲線３０の各矩形波のまさに開始点にピークを有する。これらのピークに対応する温度は、３５００Ｋを超え、場合によっては積層造形粉末の気化温度を超える。
曲線３１、３２、及び３３は、ある一定の同様の変動を示す。特に、曲線３１、３２、及び３３は、曲線３０の各矩形波端部付近で急激な信号降下を示し、それに曲線３０の次の矩形波の最中の急激な上昇及びより緩慢な低下が続き、その後、この矩形波の端部の付近で新しい急激な信号降下を示す。
粉末層の直線部分の走査は、走査の開始点で低く、続いて急激にかなり高くなり、その後、直線部分の走査の終点に至るまで徐々に低下する最高到達温度に対応する。固化前の温度Ｔｐとレーザスポットの中心点での粉末によって達成される温度とは同じ変化を辿る。
図５は、粉末層がレーザビームによって上記で説明したように図２の経路に沿って走査された時にレーザスポットの中心点で粉末によって達成される温度のマップを概略で示している。
図５と図４の曲線３２とは、「レーザスポットの中心点での粉末によって達成される温度」という同じ量の２つの図を提示している。図５では、この図は空間的であるが、図４の曲線３２ではこの図は時間的である。
レーザスポットの中心点での温度は、直線部分の走査の開始点で低く、その後、急激にかなり高くなる。図５に示しているゾーンＺ3a、Ｚ3b、及びＺ3cが、この変化に対応する。
この急激な上昇が過ぎると、レーザスポットの中心点での温度は、直線部分の走査の終点に至るまでより穏やかに低下する。
レーザスポットの中心点でのこれらの温度変動は様々な影響から生じる。
これらの影響のうちの一部として、レーザが直線部分に沿って走査する時に、レーザによって供給されるエネルギの一部は、レーザの走査順序で次にある直線部分に向けて拡散する。
次の直線部分は、特にレーザによって直前に走査された点に隣接するゾーン内で加熱される。時間が経つにつれて、走査済み直線部分から発して次の直線部分の隣接ゾーン内にある点へと拡散したエネルギが、低下する前の最大点を通り抜けるように、エネルギは粉末の中へと更に拡散する。
上記の影響のうちの他の部分として、粉末層に向けたレーザビームの放出は、直線部分の走査の終点で中断され、その後、次の直線部分の開始点で再起動される。この不連続性は、１つの直線部分から次の直線部分までのエネルギ供給の低下を引き起こす。
これらの理由から、固化３１の前の粉末温度は、直線部分のまさに開始点では、直線部分の残りの部分でのものよりも低い。固化前のこの温度差は、図４の曲線３１から確認することができ、曲線３０の各矩形波端部の付近に位置付けられるこの曲線３１内の信号降下に対応する。
レーザスポットの中心点の温度は、特に固化前の走査点での温度、すなわち、レーザによって走査される時間にこの点に存在している直前の直線部分から発したエネルギに応じる。
図５には第６及び第７の部分Ｐ６及びＰ７を示している。これらの部分は、矢印Ｆ６及びＦ７の方向に走査される。これらの部分内には異なるゾーンが識別されており、これらのゾーンは、レーザによってＺ7a、Ｚ6a、Ｚ5a、Ｚ4a、Ｚ4b、Ｚ5b、Ｚ6b、及びＺ7bの順序で走査される。
直線部分のまさに開始点、例えばゾーンＺ4b内には、ゾーンＺ4aとＺ4bの間のレーザ放出の中断に起因して、直前走査ゾーンから比較的少ないエネルギしか拡散されない。
直線部分のまさに開始点の直後、例えばゾーンＺ5b内には、このゾーンに隣接して位置付けられる直前の直線部分の部分であるゾーンＺ5aがレーザによって走査されたばかりであることから、この直前走査ゾーンから比較的多めのエネルギが拡散される。
直線部分の残りの部分には、これらの残りの部分に隣接して位置付けられる直前の直線部分の部分がレーザによって走査された時から次第に長い時間が経つことから、これらの直前走査ゾーンから徐々に比較的少ないエネルギしか拡散されない。
ゾーンＺ6a内に受け入れられて、ゾーンＺ6bが走査された時間にゾーンＺ6bの中に拡散していたエネルギは、
－ゾーンＺ5a内に受け入れられ、ゾーンＺ5bが走査された時間にゾーンＺ5bの中に拡散していたエネルギよりも少なく、
－ゾーンＺ7a内に受け入れられ、ゾーンＺ7bが走査された時間にゾーンＺ7bの中に拡散していたエネルギよりも多い。
図５に例示している温度場は、レーザスポットの中心点での温度場に対応する。この温度場は、特に、最初に走査される直線部分の端部での急な温度勾配を有して不均一である。
変調出力レーザによって走査される粉末層内の経路
粉末を走査する時のレーザの出力を変調することによってレーザスポットの中心で粉末によって達成される温度場及び従って到達最高温度場をより良好に制御する方法を提案する。
レーザによって一定速度で走査される粉末層内経路が選ばれる。この経路は、例えば同じ長さのセグメントＳｎへと仮想的に分割することができ、この場合、これらのセグメントＳｎは、レーザ走査持続時間に対応する。各セグメントＳｎは、特に、当該セグメントＳｎ内に含まれるｎ番目の粉末層の点と、当該セグメントをレーザによって走査し始める瞬間ｔnとによって特徴付けることができる。
各セグメントを走査するレーザビームの出力は、異なるセグメントを走査する順序で計算される。
ｎ番目のセグメントＳｎに関して、この計算は、以下の段階を含む：
－セグメントＳｎ内に含まれるｎ番目の粉末層の点での瞬間ｔnの固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の推定値であって、経路上の上流に位置付けられ、直前に計算された出力で各々が走査されるｎ－１個のセグメントにわたって走査するためのレーザビームの放出によってｎ番目の粉末層の点での瞬間ｔnに引き起こされる粉末の温度変動に応じる上記推定値を計算する段階、
－レーザスポットの中心点の超えられることなく達成されることになる層温度である閾値温度Ｔｓと固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の間の温度差に等しい達成目標の温度変動を計算する段階、及び
－ｎ番目のセグメントＳｎにわたって走査するために放出されるレーザビームの出力を温度変動目標に応じて計算する段階。
レーザ出力の変調は、セグメントの全てに関してこれらのセグメントを走査する順序で計算される。
変調出力レーザ走査の熱効果
図６は、図２に示している経路に沿ったレーザビームによる粉末層の走査の場合のそのような方法の適用に対応する。
図６は、走査中の異なる量の変化を概略で示し、異なる量は、
－粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力４０、
－固化前粉末温度４１、
－レーザスポットの中心点での粉末温度４２、
－粉末の最高温度４３、この事例では製造工程中にレーザスポットの中心によって走査される点での粉末によって達成される最高温度、及び、
－レーザスポットの中心点での粉末温度目標４４、
である。
曲線４１、４２、及び４３は、数値シミュレーションによって得られる。
曲線４１、４２、及び４３で表される量は、曲線３１、３２、及び３３で表される量とそれぞれ同じ方法で定義されるが、温度場をより良好に制御する方法が適用される場合のものである。
レーザビームが粉末層にわたって走査する速度は、１メートル毎秒である。
各直線部分の長さは１ミリメートルであることから、レーザビームは、各直線部分に沿って１ミリ秒で走査する。
２つの直線部分の間ではレーザビームの放出は休止され、出力はゼロまで降下する。
レーザビームの出力４０の経時曲線は、１ミリ秒で、２ミリ秒で等々、ミリ秒毎にゼロまで降下する信号を示す。各直線部分の走査は、ゼロまでの２つの信号降下の間の時間間隔に対応する。
最初のミリ秒中のレーザビームの出力の曲線４０は一定であり、この出力は、第１の直線部分が走査されている間に一定に保たれる。
後続の直線部分に沿った走査では、レーザビームの出力は、直線部分のまさに開始点で最大であり、続いて急激に低下し、その後の走査中により穏やかに上昇する。
走査中のレーザビームのこれらの出力変化は、図４の最高温度曲線３３の場合に説明した最高温度変動と反対である。
図６の固化前粉末温度の曲線４１は、図４の固化前粉末温度の曲線３１と同様のある一定の変化を示す。
特に、曲線４１は、直線部分に沿った走査の各端部付近で急激な信号降下を示し、この信号降下に急激な上昇が続き、更に次の直線部分に沿った走査をしている間のより緩慢な低下が続く。
しかし、曲線４１での変動の振幅は曲線３１での変動の振幅よりも小さく、すなわち、レーザビームによって走査された第２の直線部分から開始して、曲線４１は、１２００Ｋの温度値と２２００Ｋの温度値の間、すなわち、１０００Ｋの範囲で変化し、それに対して曲線３１は、１４００Ｋの温度値と２７００Ｋの温度値の間、すなわち、１３００Ｋの範囲で変化する。
経路の下流に位置付けられるセグメントの温度に対するレーザによるセグメントの走査の影響は、図４及び図５の状況と比較して小さい。
曲線４４は、レーザスポットの中心点での粉末温度目標を表す。より具体的には、曲線４４は、レーザ通過時にレーザスポットの中心によって走査される粉末層の点で超えられることなく達成されることになる粉末温度である。
曲線４４は一定であり、すなわち、レーザスポットの中心点で超えられることなく達成されることになる層温度は、レーザ走査中及び製造工程中に同じである。この温度を、閾値温度Ｔｓと呼ぶ場合がある。
各直線部分の走査のまさに開始点では曲線４２は曲線４４よりも低く、続いて直線部分の走査の残りの部分の最中に２つの曲線４２と４４とは一致する。レーザスポットの中心点での粉末温度目標は、レーザビームによる各直線部分の走査の開始後に素早く達成される。
曲線４２での変動の振幅は曲線３２での変動の振幅よりも小さく、すなわち、レーザビームによって走査された第２の直線部分から開始して、曲線４２は、１８００Ｋの温度値と２３００Ｋの温度値の間、すなわち、５００Ｋの範囲で変化し、それに対して曲線３２は、１６００Ｋの温度値と３１００Ｋの温度値の間、すなわち、１５００Ｋの範囲で変化する。
この方法は、図４の状況と比較してレーザスポットの中心点での粉末温度の変化を大幅に低減することを可能にする。
曲線４３は、レーザビームによる各直線部分の走査の開始直後にピークを有する。これらのピークに対応する温度は３０００Ｋを超えず、材料Ｔｉ６Ａｌ４Ｖの気化温度をはるかに下回る。
従って、この新しい方法の適用中に粉末によって達成される温度は、粉末の気化温度よりも低くすることができる。それによって、積層造形方法中に消費されるエネルギを低減すること、並びに製造物体内の材料の気化及び隙間を回避することが可能になる。
曲線４３での変動の振幅は、曲線３３での変動の振幅よりもかなり小さく、すなわち、レーザビームによって走査された第２の直線部分から開始して、曲線４３は、２６００Ｋの温度値と２９００Ｋの温度値の間、すなわち、３００Ｋの範囲で変化し、それに対して曲線３３は、２９００Ｋの温度値と３６００Ｋの温度値の間、すなわち、７００Ｋの範囲で変化する。
この方法は、図４の状況と比較してレーザスポットの中心点で粉末によって達成される最大値の変動を低減することを可能にする。
図７は、レーザビームによって粉末層を走査する図６のモードと同じモードで粉末に向けて送られたレーザビームの出力場を概略で示している。
図６の曲線４０上に既に表したように、図７の底部に位置付けられる第１の直線部分の最中に出力は一定で３００Ｗ前後に等しい。
各後続の直線部分に関して、レーザビームの出力は、走査の開始点で最大であり、続いて急激に降下し、その後の走査中に前と同様により穏やかに上昇する。
不連続性を有する走査経路
図８ａは、図２に示している経路に沿って上記で説明したように粉末層がレーザビームによって走査される際の経路の詳細を概略で示している。
温度場をより良好に制御するために、本提案の方法に従って走査中にレーザビームの出力が変調される。
この経路は、直線部分４８と次の直線部分４９の間に不連続性を有する。
レーザは、直線部分４８に沿って走査し、特に点４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、及び４８ｅの上を通り過ぎる。これらの点は、レーザによって走査される直線部分を仮想的に分割し、レーザビームの出力がそれに対して計算される同じ長さのセグメントＳｎの端部に対応する。
円５１ａは、点４８ａで粉末層を照明するレーザスポットに対応する。区域５２ａは、点４８ａに至るまでのレーザ走査の熱効果に対応する。点４８ａにおいて達成される温度が高いほど、区域５２ａは大きい。区域５２ａは、点４８ａに送られるレーザビームの出力と、レーザによって点４８ａの上流の粉末層に供給されて点４８ａに至るまで拡散したエネルギとの両方に応じる。
レーザ走査の熱効果は、直線部分４８の走査中に強まる。区域５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、及び５２ｅは次第に大きくなる。
図７の説明で述べたように、レーザビームの出力は走査中に強まる。粉末層内で走査方向に拡散されるエネルギは、直線部分４８の走査中に次第に大きくなる。
点４８ｅでは、レーザの放出は中断される。レーザは、レーザビームが点４９ｅに向けて放出されるように再起動される。続いてレーザビームは、点４９ｅから点４９ａへと直線部分４９を直線部分４８と反対方向に走査する。レーザ走査の熱効果は、直線部分４９の走査中に強まる。区域５３ｅ、５３ｄ、５３ｃ、５３ｂ、及び５３ａは、この順序で次第に大きくなる。
点４９ｅに至るまでのレーザ走査の熱効果に対応する区域５３ｅは、区域５２ｅよりも実質的に小さい。走査の不連続性、すなわち、点４８ｅと４９ｅの間のレーザの放出の中断と、これらの点の間の走査方向の変化とは、点４８ｅと４９ｅの間の粉末層内に拡散されるエネルギを減少させる。
図７の説明において述べたように、点４８ｅに向けて放出されるレーザビーム出力よりもかなり高いレーザビーム出力が点４９ｅに向けて放出される場合であっても、レーザ走査の熱効果は、点４９ｅよりも点４８ｅにおいてかなり強い。
レーザスポットの中心で粉末によって達成される温度場は、図８ａ及び図６の場合には走査経路に沿って均一ではない。特に、レーザビームによる直線部分の走査のまさに開始点では、固化前粉末温度曲線４１とレーザスポットの中心点での粉末温度曲線４２との両方が信号降下を示す。
不連続性のない走査経路
直線部分の走査のまさに開始点での固化前粉末温度の降下とレーザスポットの中心点での粉末温度の降下とを制限するための経路形態を提案する。
図８ｂは、この目標に対して提案する経路形態の詳細を概略で示している。
温度場をより良好に制御するために、走査中に本提案の方法に従ってレーザビーム出力が変調される。
この経路は、直線部分４８の端部４８ｅと直線部分４９ｅの端部４９ｅとを接合する直線部分５０の追加によって直線部分４８と次の直線部分４９の間の連続性を示す。直線部分５０は、レーザビームによって点４８ｅから点４９ｅまで、とりわけ、点５０ａの上を通り過ぎることによって走査され、この点５０ａには、そこに至るまでのレーザ走査の熱効果を特徴付ける区域５４ａが関連付けられる。
図８ａに例示している経路と比較して、図８ｂの経路は連続的であり、走査方向の小さめの変化に対応する。
図９は、本提案の経路形態を用いてレーザビームによって走査される粉末層の面での経路を概略で示している。
この経路は、連続的であり、図２に示している経路の平行直線部分に対応する第１の平行直線部分群を含む。図９の経路は、第２の直線部分群を含み、第２の群の各直線部分は、第１の群の第１の直線部分の第１の端部と、当該の第１の直線部分に隣接する第１の群の第２の直線部分の第２の端部とを接合する。
第１の直線部分群の直線部分からこの第１の群内の次の直線部分への各通過、例えば、直線部分６０から直線部分６２への通過は、第２の直線部分群の直線部分、例えば直線部分６１の追加によって連続的になる。
不連続性のない走査経路の場合の変調出力レーザ走査の熱効果
図１０は、温度場をより良好に制御するための本提案の方法の図９に例示している経路に沿ったレーザビームによる粉末層の走査への適用に対応する。
図１０は、走査中の異なる量の変化を概略で示し、異なる量は、
－粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力７０、
－固化前粉末温度７１、
－レーザスポットの中心点での粉末温度７２、
－粉末の最高温度７３、この事例では製造工程中にレーザスポットの中心によって走査される点での粉末によって達成される最高温度、及び、
－レーザスポットの中心点での粉末温度目標７４、
である。
曲線７１、７２、及び７３は、数値シミュレーションによって得られる。
曲線７１、７２、及び７３で表される量は、曲線３１、３２、及び３３で表される量とそれぞれ同じ方法で定義されるが、温度場をより良好に制御する方法が連続的経路の場合に適用される場合のものである。
レーザビームによって粉末層を走査する速度が１メートル毎秒であること、及び第１の直線部分群の各直線部分の長さが１ミリメートルであることから、レーザビームは、第１の群の各直線部分に沿って１ミリ秒で走査する。
最初のミリ秒中のレーザビームの出力の曲線７０は一定であり、この出力は、第１の直線部分が走査されている間に一定に保たれる。
第１の群の２つの直線部分の間ではレーザビームの出力はゼロまで降下せず、レーザが第２の群の直線部分に沿って走査するのにある一定の時間が必要である。
出力の曲線７０は、第１の群の第２の直線部分から開始して、規則的なパターンと１ミリ秒よりも長い期間とを示す。
このパターンでは、レーザビームの出力は低下し、続いて２度急激に上昇し、その後の走査中により穏やかに上昇する。輪郭７５が、信号の低下と急激な上昇との２つの連続シーケンスを有する曲線７０のゾーンを囲んでいる。
２つの連続シーケンスの各々は、レーザの走査方向の変化に対応する。
第１のシーケンスは、第１の群の直線部分から第２の群の直線部分への移行に対応する。
第２のシーケンスは、第２の群の直線部分から第１の群の直線部分への移行に対応する。
各直線部分移行では、図６の出力の曲線４０の場合と同様に、レーザビームの出力は、直線部分のまさに開始点で最大値を通り抜け、続いて急激に低下する。
固化前温度曲線７１は、第１の群の第２の直線部分から開始して、曲線７０に関して説明した時間間隔と同じ１ミリ秒よりも長い期間を有する規則的な変動を示す。
これらの変動は、図６の曲線４１の変動よりもかなり小さい振幅を有する。特に、第１の群の直線部分の開始に対応する急激な上昇が続く曲線４１の信号降下は、曲線７１では出現しない。レーザによって走査される第２の直線部分から開始して、曲線７１は、２０００Ｋの温度値と２３００Ｋの温度値の間、すなわち、３００Ｋの範囲で変化し、それに対して曲線４１は、１２００Ｋの温度値と２２００Ｋの温度値の間、すなわち、１０００Ｋの範囲で変化する。
図１０では、第１の群の直線部分のまさに開始点での固化前粉末温度は、図６の状況と比較して上昇した。
図６の曲線４４と同様に、曲線７４は一定であり、すなわち、レーザスポットの中心点で超えられることなく達成されることになる層温度は、レーザ走査中及び製造工程中に同じである。この温度は、閾値温度Ｔｓと呼ぶ場合がある。
経路の走査のまさに開始点では、曲線７２は曲線４４よりも低く、続いて経路の走査の残りの部分の最中に、２つの曲線４２と４４とは一致する。レーザスポットの中心点での粉末温度目標は、レーザビームによる第１の直線部分の走査の開始後に素早く達成される。
曲線７２での変動の振幅は曲線４２での変動の振幅よりもかなり小さく、すなわち、レーザビームによって走査された第２の直線部分から開始して、曲線７２は一定に見え、それに対して曲線４２は、１６００Ｋの温度値と２３００Ｋの温度値の間、すなわち、７００Ｋの範囲で変化する。
本提案の連続的経路は、図６の状況と比較してレーザスポットの中心点での粉末温度の変化を大幅に低減することを可能にする。
第１の群の第２の直線部分から開始して、曲線７３は、曲線７０及び７１に関して説明した時間間隔と同じ１ミリ秒よりも長い期間を有する規則的パターンを示す。
これらのパターンの最中に達成される最高温度は３０００Ｋを超えず、材料Ｔｉ６Ａｌ４Ｖの気化温度をはるかに下回る。
従って、新しい方法の適用中に粉末が本提案の連続的経路に沿って達成される温度は、粉末の気化温度よりも低くすることができる。それによって、積層造形方法中に消費されるエネルギを低減すること、並びに製造物体内の材料の気化及び隙間を回避することが可能になる。
図１１は、レーザビームによって粉末層を走査する図１０のモードと同じモードで粉末に向けて送られたレーザビームの出力場を概略で示している。
図１０の出力の曲線７０上に既に示したように、図１１の底部にある第１の直線部分の最中に、レーザビームの出力は一定であり、３００Ｗ前後に等しい。
第１の群及び第２の群の各後続の直線部分に関して、レーザビームの出力は、走査のまさに開始点での最大値にあり、続いて急激に降下し、その後の直線部分の走査中に前と同様により穏やかに上昇する。この経路の連続性は、直線部分の走査の最終点と次の直線部分の走査のまさに開始点とを一致させる。
図１２は、レーザビームによって粉末層を走査する図１０のモードと同じモードで粉末層がレーザビームによって走査された時に粉末によって達成される最高温度場を概略で示している。
図１２では、図３のものよりも最高温度場は均一である。図１２では、最高温度は１７００Ｋと２８００Ｋの間にあり、それに対して図３では、最高温度は１８００Ｋと３５００Ｋの間にある。
図１２の場合の温度勾配は、図３の場合のものよりも緩い。
固化前粉末温度Ｔｐの推定－２つの点の場合
異なる粉末固化方式の状況にある図４の曲線３１、図６の曲線４１、図１０の曲線７１上に示している固化前粉末温度は、レーザが粉末層上の点の上を走査する直前の当該点での粉末層温度Ｔｐの推定値である。
この推定値は、レーザによって先に粉末層に供給されたエネルギの当該点への拡散を考慮する。
例えば、第１の点を含む積層造形粉末層の第１のゾーンを固化するための粉末層の第１の点の上へのレーザビームの放出の場合に、粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって第１の点とは別の粉末層の第２の点での引き起こされる粉末層温度変動は、第１の点と第２の点の間の距離と、予め決められた時間間隔とに応じて推定することができる。
より具体的には、この推定温度変動ΔＴは、第１の点と第２の点の間の距離ｒ21と予め決められた時間間隔（ｔ2－ｔ1）とに応じて以下のように決定することができる：
Figure 2022523494000009
ここで、Ｑ1は、第１のセグメントにわたって走査するためのレーザビームの放出中に層が受け入れるエネルギであり、εは、粉末層の熱浸透率であり、Ｒは、レーザビームの半径であり、ａは、粉末層の熱拡散率であり、ｔ0は、予め決められた瞬間である。
ｔ0は、時間的正当性の下限を定義するモデルパラメータである。この値は、例えばｔ0＝１０×Δｔであるような時間区分Δｔに応じて決定することができ、この場合はΔｔ＝１０マイクロ秒である。
エネルギＱ1は、第１の点の上に放出されるレーザビームの出力と、この第１の点の上へのレーザビームの放出時間との積として定義することができる。レーザビームが経路に沿って走査される場合に、時間区分Δｔを定義し、この時間区分Δｔに等しい時間にわたってレーザビームによって各々が走査される複数の部分へと経路を分割することができる。これらの部分が十分に小さい場合に、１つの部分に向けて送られるエネルギは、当該部分の単一の点に送られるものと見なすことができる。
レーザスポットが半径Ｒによって定義される円形状を有する場合に注目する。
ここで用いる式は、固体内への熱の拡散に当てはまるモデルを基本にしたものであり、このモデルは、金属セラミック粉末を含む固体の積層造形粉末に適用することもできる。
この式：
Figure 2022523494000010
は、粉末層の第１のゾーンを固化するための瞬間ｔ1でのレーザビームの放出によって引き起こされる第２の点での瞬間ｔ2の粉末層温度変動として解釈することができる。
この式を用いて、瞬間ｔ1の後のいずれかの瞬間の第２の点での粉末温度を確立することができる。
特に、この式を用いて、第２の点での固化前粉末温度Ｔｐ（ｔ2）、すなわち、レーザがこの第２の点を照明する直前の第２の点での粉末温度を確立することができる。
粉末層の第１の点から距離ｒ21の場所に位置付けられる第２の点での瞬間ｔ2の固化前粉末温度Ｔｐ（ｔ2）は、関係式；
Figure 2022523494000011
から推定することができ、ここで、ｔ0は、初期粉末温度である。
積層造形粉末層の第１の点の上へのレーザビームの放出は、瞬間ｔ1に行われる。
この推定は、粉末層からの３次元物体の選択的積層造形のための方法を実施することを可能にし、本方法は、
－積層造形粉末層を支持体又は先に固化された層に付加する段階と、
－第１の点を含む積層造形粉末層の第１のゾーンを固化するために粉末層のこの第１の点の上にレーザビームを放出する段階と、
を含み、本方法は、それが、
－粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって第１の点とは別の粉末層の第２の点での引き起こされる粉末層の推定温度変動であって、第１の点と第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる上記推定温度変動に応じてレーザビームの出力を調節する段階と、
－第２の点を含む粉末層の第２のゾーンを固化するために調節出力を用いて第２の点の上にレーザビームを放出する段階であって、第１の点の上へのレーザビームの放出及び第２の点の上へのレーザビームの放出が予め決められた時間間隔によって時間的に分離される上記放出する段階と、
を同じく含むこと特徴とする。
Ｐ2と表すこの調節された出力は、固化前温度Ｔｐ（ｔ2）の推定値に応じて以下のように計算することができ：
Figure 2022523494000012
ここで、Δｔは、時間区分であり、Ｔｓは、予め決められた閾値温度であり、ｔ0は、予め決められた瞬間である。
この特定の状況では、次式を選ぶことができる：
Figure 2022523494000013
固化前粉末温度Ｔｐの推定－ｎ個の点の場合
より一般的に、固化前温度は、レーザによって照明されるいくつかの点を含む粉末層内の経路の状況で推定することができる。
ｎが２よりも大きいか又はそれに等しい整数である時のｎ番目の点での瞬間ｔnの固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）は、瞬間ｔnの前にレーザビームによって粉末層に供給されたエネルギを把握することで推定することができる。
Figure 2022523494000014
である場合に各ｉ番目の点は、瞬間ｔiにレーザビームによって照明され、かつこの瞬間ｔiの前後にレーザビームによって供給されるエネルギＱiによって固化される粉末層のｉ番目のゾーン内に位置付けられる。
ｉ番目の点とｎ番目の点の間の距離をｒniと表す。
粉末層に向けたエネルギＱiの供給は、瞬間ｔnにこの層のｎ番目の点での推定温度変動：
Figure 2022523494000015
を生じる。この変動は、以下のように計算される：
Figure 2022523494000016
これらの変動の和は、固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の推定を以下のように可能にする：
Figure 2022523494000017
ここで、Ｔ0は、初期粉末温度である。
この推定は、粉末層からの３次元物体の選択的積層造形のための方法を実施することを可能にし、本方法は、
－ｎが２よりも大きいか又はそれに等しい整数である時の層のｎ番目の点での瞬間ｔnの固化前粉末温度Ｔｐ（ｔn）の推定値であって、
Figure 2022523494000018
である場合にｎ番目の点が粉末層のｉ番目の点から距離ｒniに位置付けられ、
各ｉ番目の点が、固化粉末層のｉ番目のゾーン内に位置付けられ、瞬間ｔiにレーザビームによって照明され、Ｔ0が初期粉末温度である時に、粉末層のｎ－１個のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされる粉末の温度変動に次式：
Figure 2022523494000019
のように応じる推定値に応じてレーザビームの出力を調節する段階と、
瞬間ｔnで、ｎ番目の点を含む粉末層のｎ番目のゾーンを固化するために調節出力を有するレーザビームをｎ番目の点に向けて放出する段階と、
を含む。
Ｐnと表すこの調節出力は、固化前温度Ｔｐ（ｔn）の推定値に応じて以下のように計算することができる：
Figure 2022523494000020
ここで、Δｔは、時間区分であり、Ｔｓは、予め決められた閾値温度であり、ｔ0は、予め決められた瞬間である。
走査速度及び時間区分
レーザによって照明されるいくつかの点を含む粉末層内の経路は、レーザビームの一定又は可変の走査速度で走査することができる。
上記で提示した図２から図１２に対応するレーザ走査経路は、レーザによってレーザビームの一定の走査速度で走査される経路として何度か説明した。
しかし、温度変動推定値に応じるレーザビームの出力の調節は、レーザビームによって可変走査速度で走査される経路を用いて実施することが全く可能である。
特に、出力を変調する上で温度の均一性が不十分なままに留まっている場合に、温度の均一性を改善するように走査速度を変調することができる。
同じように、上記で提示した図２から図１２に対応するレーザ走査経路は、経路全体にわたって一定である時間区分：
Figure 2022523494000021
を用いて走査される経路として何度か説明した。
しかし、温度変動推定値に応じるレーザビームの走査速度の調節は、可変時間区分を用いて実施することが全く可能である。
時間区分Δｔは、経路に沿って可変であるように選ぶことができる。特に、時間区分は、連続する調節出力が比較的大きく異なる状況では小さめに、かつ連続する調節出力が比較的僅かにしか異ならない状況では大きめに選ぶことができる。
経路は、同じ又は異なる長さを有し、従って同じ又は異なる走査持続時間に対応するセグメントＳｎへと仮想的に分割することができる。各セグメントＳｎは、空間的にｎ番目の点に対応する第１の端部から、更に時間的に瞬間ｔnからレーザによって走査される。
温度目標
次式：
Figure 2022523494000022
に現れる閾値温度Ｔｓは、レーザスポットの中心が瞬間ｔnにおいて上を通り過ぎるｎ番目の点での達成される粉末温度に正確に対応する。
閾値温度Ｔｓは、従って、レーザスポットの中心がその上を通過する点とレーザ通過時とに望ましい粉末温度に応じて選ぶことができる。
しかし、閾値温度Ｔｓは、他の基準に応じて選ぶことができる。
上記で説明した温度変動公式は、これらの供給に応じるいずれかの点及びいずれかの瞬間での粉末層へのエネルギの１又は２以上の供給の影響を決定することを可能にする。
温度変動は予測することができることから、閾値温度Ｔｓは、とりわけ、以下の条件：
－レーザスポットの中心がその上を通過する点での経時的に達成される最大粉末温度、
－粉末層の点での経時的に達成される最大粉末温度、
－粉末層のいずれの点でも経時的に超えないことになる上限温度、
－粉末層のいずれの点でも経時的に下回らないことになる下限温度、又は
－製造工程中に任意的に可変であるこれらの条件の組合せ、
から温度目標に応じて選ぶことができる。
調節出力の決定は、経路上に含まれる異なる点での粉末層の温度変動の推定値の決定を必要とする。温度変動推定値の決定は、工程の開始前に又は製造工程が開始された状態で実施することができる。
粉末層のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって引き起こされるｎ番目の点での粉末層の温度変動の推定が製造工程が開始された状態で実施される場合に、経路の異なる点を十分に高速に処理する計算機又はシミュレータを有する必要がある。
特に、シミュレータが異なる点を処理する速度は、レーザビームがこれらの同じ点を照明又は走査する速度よりも高いか又は少なくともそれに等しい必要がある。
それは、生産中に生じるいずれかの不測の事態を生産及び温度シミュレーションを初期化し直すことを必要とせずに考慮することを可能にする。
時間近傍－空間近傍
調節出力の決定は、推定の精度が高いほど、すなわち、考慮する点の個数が多いほど時間を要する。
推定の品質を損なうことなく計算時間を制限するために、空間近傍Ｖｌと時間近傍Ｖｔを定義し、それによって計算に考慮すべき既に照明済みの点の個数を制限することができる。
時間近傍Ｖｔは、経路セグメントの走査の熱効果の持続時間を表す。この持続時間を超えた場所では、走査済みセグメントの環境の中に拡散されてセグメントの走査中に供給されたエネルギの粉末温度に対する影響は、無視可能量と見なすことができる。
空間近傍Ｖｌは、経路セグメントの走査の熱効果の最大距離を表す。この距離を超えた場所では、走査済みセグメントの環境の中に拡散されてセグメントの走査中に供給されたエネルギの粉末温度に対する影響は、無視可能量と見なすことができる。
無視可能な性質は、温度閾値差Ｄsを定義することを必要とする。この差を下回る温度変動に対応する走査の熱効果は、無視可能量と見なされる。
時間近傍Ｖｔ及び空間近傍Ｖｌは、図１３に例示している以下の方法を用いて決定することができる。第１の段階で、シミュレータ内に以下の情報が格納される：
－レーザ走査工程のパラメータ（レーザビームの出力及び半径、レーザの走査速度）、
－材料のパラメータ（熱伝導度、熱容量、密度、融点、及び初期粉末温度Ｔ0）、
－直線部分型の経路の座標。
第２の段階で、シミュレータは、直前の段階で定義された経路を含む予め定められた空間領域内の粉末温度の推定値を与える。
シミュレータによって与えられる温度推定値は、時間的にレーザによる経路全体の走査の終点に位置付けられる粉末熱平衡化時間の後の予め定められた瞬間での粉末温度に対応する。
この推定値は、複数のセグメントへの経路の仮想分割及び空間領域の異なる点でのレーザによる各セグメントの走査によって引き起こされる温度変動の和などの予め事前定義済みの要素から計算することができる。
第２の段階の終了時に、予め定められた瞬間での予め定められた空間領域内の粉末温度のマップが得られる。
第３の段階で、初期粉末温度Ｔ0と温度閾値差Ｄsの和：
Figure 2022523494000023
に対応する等温曲線が、第２の段階で得られた温度マップ内で決定される。この等温曲線は、温度閾値差Ｄsの温度の上昇に対応する。
第４の段階で、空間近傍は、直前の段階で決定された等温曲線の２つの点の間の直線部分型の経路に対して垂直な方向の最大距離として決定される。
第５の段階で、時間近傍は、第３の段階で決定された等温曲線の２つの点の間の直線部分型の経路の方向の最大距離のレーザの走査速度に対する比として決定される。
図１４は、空間近傍及び時間近傍を決定するために用いられる距離を示している。
図１４に示しているＸ軸は、上記の方法の第１の段階で定義される経路の直線部分の方向を表している。経路は、Ｘの値の増加方向に走査される。Ｙ軸は、直線部分型の経路に対して垂直な方向を表している。
閉曲線１００は、上記の方法の第３の段階の最中に定義される等温曲線を表している。
空間近傍は、セグメント１０１の長さに対応する。第３の段階で直線部分型の経路の方向に決定される等温曲線の２つの点の間の最大距離は、セグメント１０２の長さに対応する。
走査速度に対するセグメント１０２の長さの比は、時間近傍を定義することを可能にする。
空間近傍Ｖｌ及び時間近傍Ｖｔが決定された状態で、これらのデータを用いて、選択的積層造形方法において調節出力を計算することを可能にする温度変動を予め決めるための計算時間を制限することができる。
より具体的には、
Figure 2022523494000024
である場合に、各ｉ番目の点は、各ｉに関して不等式ｒni≦Ｖｌ及び｜ｔn－ｔi｜≦Ｖｔが保たれるような瞬間ｔiにレーザビームによって照明され、そのような粉末層のｎ番目の点からの距離ｒniの場所に位置付けられる場合の粉末層のｎ－１個の点を照明するためのレーザビームの放出によって引き起こされる粉末温度変動を考慮することにより、層のｎ番目の点での瞬間ｔnの固化前粉末温度Ｔpの推定を実施することができる。
図１に示して上記で提示した選択的積層造形装置１２１は、第１の点を含む積層造形粉末層の第１のゾーンを固化するために光源がレーザビームをこの粉末層のこの第１の点に放出するようにレーザ型光源１２１２を制御するように構成することができる制御ユニット１２９を含む。
選択的積層造形装置１２１は、粉末層の第１のゾーンを固化するためのレーザビームの放出によって粉末層の第２の点で引き起こされる粉末層の推定温度変動であって、第１の点と第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる上記推定温度変動を格納するためのメモリＭを含むことができる。
制御ユニット１２９は、
－メモリに格納された推定温度変動に応じてレーザビームの出力を調節し、
－第２の点を含む粉末層の第２のゾーンを固化するために光源が調節出力を有するレーザビームを放出し、第１の点の上へのレーザビームの放出及び第２の点の上へのレーザビームの放出が予め決められた時間間隔によって時間的に分離されるようにレーザ型光源を制御する、
ように構成することができる。
選択的積層造形装置１２１は、製造工程が開始された状態で温度変動の推定値を決定するための図１に示している計算機又はシミュレータＣを更に含むことができる。
計算機又はシミュレータＣは、経路上の異なる点を十分に高速に処理するように設計され、特に、異なる点を計算機又はシミュレータが処理する時間は、これらの同じ点を予め定められた速度で照明又は走査するのにレーザビームが要する時間よりも短いか又は少なくともそれに等しいことが必要である。
そのような計算機又はシミュレータＣは、温度変動の推定値をそれらが生成された状態で格納するためにメモリＭと協働することができる。
７０ 粉末層に向けて放出されるレーザビームの出力
７１ 固化前粉末温度
７２ レーザスポットの中心点での粉末温度
７４ レーザスポットの中心点での粉末温度目標
７５ 輪郭

Claims (11)

  1. 粉末の層からの３次元物体の選択的積層造形のための方法であって、
    積層造形粉末の層を支持体に又は先に固化された層に付加する段階と、
    前記積層造形粉末の層の第１の点の上にレーザビームを放出し、前記第１の点を含む前記粉末の層の第１のゾーンを固化する段階と、
    を含み、
    前記方法は、さらに、
    前記粉末の層の前記第１のゾーンを固化するための前記レーザビームの前記放出によって引き起こされる該粉末の層の前記第１の点とは別の第２の点での該粉末の層の推定温度変動に応じて前記レーザビームの出力を調節する段階であって、前記推定温度変動は、前記第１の点と前記第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる、調節する段階と、
    前記第２の点を含む前記粉末の層の第２のゾーンを固化するために前記調節された出力を用いて該第２の点の上にレーザビームを放出する段階であって、前記第１の点の上への前記レーザビームの放出及び前記第２の点の上への前記レーザビームの放出が、前記予め決められた時間間隔によって時間的に分離される、放出する段階と、
    を含む、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記推定温度変動ΔＴは、前記第１の点と前記第２の点の間の距離ｒ21にかつ前記予め決められた時間間隔（ｔ2－ｔ1）に応じて、
    Figure 2022523494000025
    を計算することによって予め推定され、Ｑ1は、前記粉末の層の前記第１のゾーンを固化するための前記レーザビームの放出中に該層によって受け入れられエネルギであり、εは、該粉末の層の熱浸透率であり、Ｒは、該レーザビームの半径であり、ａは、該粉末の層の熱拡散率であり、ｔ0は、予め決められた瞬間であることを特徴とする請求項１に記載の選択的積層造形方法。
  3. 前記層のｎ番目の点での瞬間ｔnでの固化前の前記粉末の温度Ｔｐ（ｔn）の推定値に応じて前記レーザビームの出力を調節する段階であって、ｎが、２よりも大きいか又はそれに等しい整数であり、該推定値が、該粉末の層のｎ－１個のゾーンを固化するためのレーザビームの前記放出によって引き起こされる該粉末の前記温度変動に応じ、ｉ＝１，２，…（ｎ－１）の場合に、該ｎ番目の点が、該粉末の層のｉ番目の点から距離ｒniに位置付けられ、各ｉ番目の点が、前記固化された粉末の層のｉ番目のゾーン内に位置付けられ、かつ次式：
    Figure 2022523494000026
    に従って瞬間ｔiに該レーザビームによって照明され、ここで、Ｔ0は、前記粉末の初期温度である前記調節する段階と、
    前記瞬間ｔnで前記調節された出力を用いてｎ番目の点を含む前記粉末の層のｎ番目のゾーンを固化するために該ｎ番目の点に向けてレーザビームを放出する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の選択的積層造形方法。
  4. さらに、前記層の（ｎ－１）個の第１の点の各ｉ番目の点が、該粉末の層のｎ番目の点からｒni≦Ｖｌであるような距離ｒniに位置付けられ、ここで、Ｖｌは、予め決められた空間近傍であり、各ｉ番目の点が、該ｉ番目の点に向けた前記レーザビームの放出の｜ｔn－ｔi｜≦Ｖｔであるような瞬間ｔiに対応し、ここで、Ｖｔは、予め決められた時間近傍であり、ここで、ｉ＝１，２，…（ｎ－１）であり、ｎは、２よりも大きいか又はそれに等しい整数であることを特徴とする請求項３に記載の選択的積層造形方法。
  5. Δｔが予め決められた時間増分であり、Ｔｓが予め決められた閾値温度である時に次式：
    Figure 2022523494000027
    に従って固化前温度Ｔｐ（ｔn）の推定値に応じて前記積層造形粉末の層のｎ番目の点の上に放出される前記レーザビームの出力Ｐnを計算する段階を同じく含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の選択的積層造形方法。
  6. 前記閾値温度Ｔｓは、以下の条件：
    レーザスポットの中心がその上を通過する点でかつ前記レーザの通過時に達成されることになる前記粉末の温度、
    前記レーザスポットの前記中心がその上を通過する点で経時的に達成される前記粉末の最高温度、
    前記粉末の層の点で経時的に達成される前記粉末の最高温度、
    前記粉末の層のいずれの点でも経時的に超えないことになる上限温度、
    前記粉末の層のいずれの点でも下回らないことになる下限温度、又は
    造形工程中に任意的に可変であるこれらの条件の組合せ、
    から選ばれる少なくとも１つの温度目標に応じて予め決められることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の選択的積層造形方法。
  7. 前記レーザが、第１の群の互いに平行な直線部分を含む不連続経路に沿って走査することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の選択的積層造形方法。
  8. 前記が、第１の群の互いに平行な直線部分及び第２の群の直線部分を含む連続経路に沿って走査し、該第２の群の各直線部分が、該第１の群の第１の直線部分の第１の端部と該第１の群の第２の直線部分の第２の端部とを接合し、該第２の直線部分は、該第１の直線部分に隣接していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の選択的積層造形方法。
  9. 前記粉末の層の１又は２以上のゾーンを固化するための前記レーザビームの前記放出によって引き起こされるｎ番目の点での該粉末の層の前記温度変動の前記推定は、造形方法が開始された状態で実施されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の選択的積層造形方法。
  10. 粉末の層からの３次元物体（１２２）の選択的積層造形のための装置（１２１）であって、
    レーザ型光源（１２１２）と、
    該光源が積層造形粉末の層の第１の点の上に該第１の点を含む該粉末の層の第１のゾーンを固化するためにレーザビームを放出するように前記レーザ型光源を制御するように構成された制御ユニット（１２９）と、
    を含み、
    前記粉末の層の前記第１のゾーンを固化するための前記レーザビームの前記放出によって引き起こされる該粉末の層の第２の点での該粉末の層の推定温度変動を格納するためのメモリ（Ｍ）であって、前記推定温度変動は、前記第１の点と該第２の点の間の距離にかつ予め決められた時間間隔に応じる、メモリ（Ｍ）と、
    を同じく含み、
    前記制御ユニットは、
    前記メモリに格納された前記推定温度変動に応じて前記レーザビームの出力を調節し、
    前記第２の点を含む前記粉末の層の第２のゾーンを固化するために前記光源が前記調節された出力を用いて該第２の点の上にレーザビームを放出し、前記第１の点の上への該レーザビームの放出及び該第２の点の上への該レーザビームの放出が前記予め決められた時間間隔によって時間的に分離されるように前記レーザ型光源を制御する、
    ように構成される、
    ことを特徴とする３次元物体（１２２）の選択的積層造形のための装置（１２１）。
  11. 造形方法が開始された状態で前記粉末の層の１又は２以上のゾーンを固化するための前記レーザビームの放出によって引き起こされるｎ番目の点での該粉末の層の温度変動の推定値を決定するように設計された計算機又はシミュレータ（Ｃ）を同じく含むことを特徴とする請求項１０に記載の３次元物体（１２２）の選択的積層造形のための装置（１２１）。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112974845A (zh) * 2021-02-09 2021-06-18 江苏飞跃机泵集团有限公司 一种金属构件非连续式激光增材制造方法
CN114643369B (zh) * 2022-03-29 2023-11-14 湖南华曙高科技股份有限公司 一种双激光复合系统及双激光扫描方法
DE102022111214A1 (de) 2022-05-05 2023-11-09 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zur Generierung von Bestrahlungs-Steuerdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils
CN118180411A (zh) * 2024-05-16 2024-06-14 临沂大学 一种基于数据分析的智能增材制造流程控制方法及系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2667987B1 (en) * 2011-01-28 2019-03-06 Arcam Ab Method for production of a three-dimensional object
DE102013224693A1 (de) * 2013-12-02 2015-06-03 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zur beschleunigten Herstellung von Objekten mittels generativer Fertigung
EP3302939A1 (en) 2015-06-03 2018-04-11 Renishaw Plc. A device and method for generating and displaying data relating to an additive manufacturing process
US11179807B2 (en) * 2015-11-23 2021-11-23 Nlight, Inc. Fine-scale temporal control for laser material processing
EP3380266B1 (en) * 2015-11-23 2021-08-11 NLIGHT, Inc. Fine-scale temporal control for laser material processing
JP2017179575A (ja) 2016-03-31 2017-10-05 キヤノン株式会社 三次元造形装置、及び三次元造形方法
CN106564187B (zh) * 2016-11-10 2019-10-01 湖南华曙高科技有限责任公司 一种制造三维物体的方法和设备
US20180311769A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Divergent Technologies, Inc. Multi-materials and print parameters for additive manufacturing
US11292062B2 (en) * 2017-05-30 2022-04-05 Arcam Ab Method and device for producing three-dimensional objects
US11517984B2 (en) * 2017-11-07 2022-12-06 Sigma Labs, Inc. Methods and systems for quality inference and control for additive manufacturing processes
CN109047761B (zh) * 2018-08-24 2019-12-31 西安科技大学 一种金属增材制造工艺

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