JP2023551684A - 資源管理システムおよびこれを有する積層造形施設 - Google Patents

Abstract

本開示は、積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシン（３）への資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための資源管理システム（３９）に関するものであり、資源管理システム（３９）は、複数の積層造形マシン（３）のうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信するように構成された制御ユニット（４１）を含み、制御ユニット（３９）は、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングするように構成されている。【選択図】図５

Description

本開示は、資源管理システムおよびそのような資源管理システムを有する積層造形施設に言及する。特に、本開示は、産業規模での連続生産のための積層造形施設に関し、積層造形施設は、３次元造形物を並行して積層造形するための複数の積層造形マシンを含む。より詳細には、積層造形マシンは、好ましくは積層造形技術としてレーザパウダーベッドフュージョン（ＬＰＢＦ）を利用するように構成される。

３次元造形物の積層造形は、３Ｄプリントと呼ばれることが多い。積層造形の一例としてレーザパウダーベッドフュージョン（ＬＰＢＦ）があり、ＬＰＢＦでは、原材料粉末の粒子を選択的に焼結および／または溶融するため、原材料粉末の層が例えばレーザビームまたは粒子ビームなどの電磁放射の高エネルギービームに晒される。３次元造形物は、原材料粉末の層ごとに連続して焼結および／または溶融を行うことによって製造される。

成形などの従来の製造技術と比較して、一つの３次元造形物の積層造形にはかなり多くの時間を消費する。そのため、３Ｄプリントの初期において、積層造形は、プロトタイピングや少数の個別部品のみに利用されていた。しかし、積層造形は、他の従来の製造技術では使用できないコンポーネントを設計および製造する可能性を提供するため、産業規模での連続生産のために積層造形を利用することが求められている。過去数十年にわたる積層造形の発展により、例えば、複数のレーザを並行して用いることによって、１層あたりの生産時間がある程度まで短縮された。しかし、１層あたりの生産時間の短縮には限界がある。したがって、産業規模での連続生産に積層造形を利用するためには、コンポーネントが並行して製造される必要がある。例えば、数百または数千の小さなコンポーネントを高密度に配置し、利用可能な生産量を最大限に活用して３次元造形物を形成することができる。しかし、利用可能な最大生産量にも限界がある。さらなる並行処理に積層造形を利用するため、積層造形施設は、複数の積層造形マシンまたはプロセスチャンバを有してもよい。並行して稼働する積層造形マシンの数は、原則として制限されない。

各積層造形プロセスは、特定の資源材料（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）および／または資源アイテム（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｔｅｍ）を必要とするので、積層造形マシンごとに個別に資源材料および／または資源アイテムの供給に必要なインフラを提供することは非効率である場合がある。典型的な資源材料は、例えば各造形マシンに供給する必要がある１種類または複数の種類の原材料粉末である。さらに、各積層造形マシンは、資源材料および／または資源アイテムとして少なくとも１つのレーザ光源およびシールドガスの供給を必要とする。「資源材料および／または資源アイテム」という用語は、生産プロセスのために積層造形マシンの供給される必要があるもの全てという意味で広義に理解されるべきである。例えば、資源アイテムは、ビルドチャンバを移動させるための共通の移送システムにおける移送スロットであり得る。複数の積層造形マシンへの資源材料および／または資源アイテムの供給のために共通のインフラを提供することは、多くの場合に効率的であり得る。しかし、資源材料および／または資源アイテムの供給のためのそのような共通のインフラは、供給の特定の管理を必要とする場合がある。例えば、ＵＳ２０１８／００２１８５５Ａ１は、複数のマシンを含む積層造形施設における粉末供給の管理方法を開示している。

ＵＳ２０１８／００２１８５５Ａ１は、ＵＳ７，８８７，３１６に開示されるような各積層造形マシンの内部リサイクルシステムを、全ての積層造形マシンについて共通の粉末リサイクルシステムに置き換えることを提案している。

ＵＳ２０１８／００２１８５５Ａ１に提案されるような共通の粉末リサイクルシステムは、２つの積層造形マシンが粉末を要求し、共通の粉末リサイクルシステムが一度に１つの積層造形マシンのみに粉末を供給するようにしか装備されていない場合、要求の競合が生じ得るという問題を有する。そのため、ＵＳ２０１８／００２１８５５Ａ１に記載のシステムは、最大の効率および柔軟性で動作することができない。例えば、あるマシンにおける重要な粉末供給は、別のマシンへのより重要度の低い粉末供給の進行中は開始することができない場合がある。

したがって、本開示の目的は、従来技術から既知であるシステムよりも効率的で柔軟性のある、積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシンへの資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための資源管理システムを提供することである。

本開示の第１の態様によれば、積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシンへの資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための資源管理システムが提供され、資源管理システムは、複数の積層造形マシンのうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信するように構成された制御ユニットを含み、制御ユニットは、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングするように構成されている。

「資源材料および／または資源アイテム」という用語は、以下のものを含むように広く理解されるべきである。１種類または複数の種類の原材料粉末、１つまたは複数の共通のレーザ光源からのレーザ光、共通のシールドガスソースからのシールドガス、共通の基板プレートデポ（保管庫）からの基板プレート、共通のビルドチャンバデポ（保管庫）からのビルドチャンバ、上記の資源材料／資源アイテムのうちの任意のものの共通の移送システムにおける移送スロット、共通の保管システムにおける冷却スロット、例えばビルドチャンバデポステーションにおけるスロット、共通のアンパックステーションにおけるアンパックスロット、共通のサービスソースからのサービス（タイム）スロット、例えば自動サービス、清掃および／または較正装置または操作スタッフ、および／または、共通の前処理および／または後処理システムにおける必要な前処理および／または後処理のためのスロット、例えば、サンドブラスト、ソーイング、研磨、エッチング、ミリング、加熱、オートクレーブ、亜鉛めっき、コーティングなどのさらなる従来の処理マシンにおけるスロット。本開示による要求ベースの資源管理システムは、要求された資源材料および／または資源アイテムを必要に応じて個々の積層造形マシンに供給する柔軟性がより高い。要求が競合する場合、所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングすることによって効率性が高まる。なぜなら、競合する要求は、所定の判断基準に従ってランク付けすることができるからである。例えば、進行中のビルドジョブ（造形ジョブ）ための供給には、開始されるビルドジョブのそれよりも高い優先度を与えることができる。別の例として、終了したジョブの後に造形物をアンパックすることの要求は、新しいジョブを開始するためにビルドチャンバを積層造形マシンに提供することよりも優先度が低くなり得る。

任意選択で、資源管理システムは、少なくとも１種類の要求された資源材料および／または資源アイテムを制御ユニットによってスケジューリングされた方式で複数の積層造形マシンに供給するための供給システムをさらに含んでもよい。例えば、供給システムは、複数の積層造形マシンに原材料粉末を供給するための共通の真空移送パイプシステムを含んでもよい。代替的または追加的に、供給システムは、共通のシールドガスソースを複数の積層造形マシンに接続するための共通のシールドガス配管システムを含んでもよい。代替的または追加的に、供給システムは、共通のレーザ光源を積層造形マシンのうちの１つまたは複数に接続する共通の導光システム、例えば、光ファイバラインを含んでもよい。代替的または追加的に、供給システムは、基板プレートおよび／またはビルドチャンバが共通のビルドチャンバデポステーションに／共通のビルドチャンバデポステーションから移送されるための、および／または、共通アンパックステーションに／共通アンパックステーションから移送されるための移送システムを含んでもよい。

任意選択で、供給システムは、一度に積層造形マシンの総数未満の数の積層造形マシンに、特に一度に１つの積層造形マシンのみに、少なくとも１種類の要求された資源材料および／または資源アイテムを供給するように構成されてもよい。これにより、より複雑でない分散型の供給インフラが可能になる。積層造形の処理時間は、多くの場合、資源材料および／または資源アイテムを供給する時間よりも少なくとも１桁長いため、並行した供給を可能にするより複雑な供給システムは、結果として供給システムの非効率な使用をもたらす場合がある。シールドガスなどの特定の資源材料および／または資源アイテムは、並行して供給することが非常に容易であることに留意されたい。それらの資源材料および／または資源アイテムについて、供給システムは、好ましくは、一度に２つ以上の積層造形マシンに、並行して、要求された資源材料および／または資源アイテムを供給するように構成される。それらの資源材料および／または資源アイテムに対する要求の競合は起こりにくいため、それらの資源材料および／または資源アイテムについては、所定の優先順位付けスキームに従うスケジューリングはあまり重要でない。

任意選択で、優先順位付けスキームは、積層造形マシンの現在の動作状態での要求された資源材料および／または資源アイテムの供給不足による影響の現在の重大度のランク付けに基づくものであってよい。例えば、造形プロセス（ビルドジョブ）が現在進行中の特定の積層造形マシンへの原材料粉末の供給が不足することで、そのジョブの中断につながる場合、そのような中断のコストは、別のマシンにおける新しい生産プロセスの開始が遅れるよりもはるかに高くなり得る。別の例として、ジョブの前後のビルドチャンバの交換などの特定の資源材料および／または資源アイテムの供給は、操作スタッフによるマシンの停止および／または手動の介入を要する場合がある。そのような要求が、夜間または週末に、いずれにしても操作スタッフが存在しないときに受信される場合、供給不足の重大度のランク付けは、通常の勤務時間中よりも低くなってもよい。そのため、優先順位付けスキームは、日中、資源材料および／または資源アイテムの利用可能性、供給不足の重大度、および／または、予測もしくは最適化スキームなどの様々な要因に依存し得る。制御ユニットは、例えば、資源要求のスケジューリングを最適化するために、機械学習アルゴリズムでプログラムされてもよい。

任意選択で、制御ユニットは、以下の累積条件の下で、複数の積層造形マシンのうちの第２の積層造形マシンへの供給を開始するために、複数の積層造形マシンのうちの第１の積層造形マシンへの進行中の供給を停止するように構成され得る。
－ 第１のチャンバへの進行中の供給を停止しなければ、第２の積層造形マシンへの供給不足が不可避であること、および、
－ 第２の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度のランクが、所定の第１の重大度閾値を上回っていること、および、
－ 第１の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度のランクが、所定の第２の重大度閾値を下回っていること。
第１および第２の重大度閾値は、異なるレベルの重大度または同じレベルの重大度に独立して設定されてよい。重大度レベルは、連続または不連続スケールで決定されてよい。非常に単純な優先順位付けスキームでは、重大度は、「高重大度」、「中重大度」、「低重大度」にグループ分けされてよい。したがって、優先順位付けは、高重大度に対しては「高優先度」であり、中重大度に対しては「中優先度」であり、低重大度に対しては「低優先度」であってよい。この例において、制御ユニットは、高重大度ランクに起因する高優先度の供給要求を受信した場合、それが避けられなければ、より低い優先度の進行中の供給を停止する。例えば、共通の真空配管システムが新しいジョブを開始するためにマシンへの粉末バッファの充填に現在使用されている場合、制御ユニットは、進行中のビルドジョブの中断を防ぐため、進行中の充填プロセスを停止して現在進行中のジョブにおける別のマシンの粉末バッファの補充を優先させることができる。

任意選択で、資源材料は、積層造形マシンにおける積層造形プロセスにおいて電磁または粒子放射による照射を受ける少なくとも１つの原材料粉末であってよく、資源アイテムは、キャリアを有するビルドチャンバであり、積層造形マシンではキャリア上で少なくとも１つの原材料粉末から３次元造形物が生成可能である。好ましくは、少なくとも１種類の原材料粉末が真空配管システムによって共通の原材料粉末タンクから分配される。異なる種類の原材料粉末を並行して使用する場合には、原材料粉末の種類ごとに個別の配管タンクおよび真空配管システムが必要となることがある。代替的に、粉末は、好ましくはビルドチャンバの場合と同じ移送システムを用いてマシンに供給されるカートリッジを介して分配されてもよい。特に、粉末カートリッジは、ビルドチャンバとして設計されてもよい。３次元造形物のための各ビルドジョブでは、造形物がその上に生成される新たな基板プレートを有する新しいキャリアが必要になる場合がある。ビルドチャンバのストックやデポ（保管庫）、および、多くのビルドジョブに再利用され得るキャリアが存在してもよい。ビルドチャンバのキャリアは、ビルドジョブごとに新たな基板プレートを装備してもよい。

任意選択で、資源材料は、積層造形マシンにおける積層造形プロセスにおいて電磁または粒子放射による照射を受ける少なくとも２つの原材料粉末であってもよく、少なくとも２つの原材料粉末は、第１の原材料粉末と第２の原材料粉末とを含み、第１の原材料粉末と第２の原材料粉末とは、材料の種類および／または粒径が互いに異なり、供給システムは、第１の原材料粉末と第２の原材料粉末とを積層造形マシンに個別に供給するように構成される。それにより、複数の積層造形マシンのうちの１つまたは複数は、２つ以上の異なる材料で構成される３次元造形物を製造することが可能になり得る。

任意選択で、資源管理システムは、１つまたは複数のレーザ光源によって生成されたレーザ光を、制御ユニットによってスケジューリングされた方式で、好ましくは、前処理、後処理およびサービス提供中にはレーザ照射が必要とされないことを考慮に入れて、複数の積層造形マシンに供給するためのレーザ供給システムをさらに含んでもよい。レーザ光学素子によってパウダーベッド（粉末床）にガイドされたレーザ光は、ビルドジョブ中、例えば、新しい粉末層が粉末床上に堆積されているときに、および／または、ベクトルハッチの照射（「ジャンプ」）の間に、および／または、単一のベクトルの照射（「スカイライティング」）の間に、いくつかのレーザアイドル時間を含む場合があることに留意されたい。積層造形マシンの全てのレーザ光学素子がそれぞれの照射ビームを粉末床全体に偏向させることができるわけではない場合、照射時間を全てのレーザ光学素子に等しく分配することができず、結果として１つまたは複数のレーザ光学素子についてレーザアイドル時間が発生することがある。複数の積層造形マシンのうちの１つまたは複数のための、１つまたは複数の等しいかまたは異なるレーザ光源を含む共通のレーザ光源は、積層造形マシンの各々に個別にレーザ光源を設けるよりも効率的であり得る。製造施設で利用可能であれば、レーザ切断マシン、レーザ溶接マシン、レーザマーキングマシンなどのような他のレーザ加工マシンにも、共通のレーザ光源からのレーザ光を提供することができる。共通のレーザ光源によって提供されたレーザ光は、それらのレーザアイドル時間を考慮して、異なる積層造形マシンまたは異なるレーザ光学素子に分配され得る。追加的または代替的に、レーザ光は、例えば、レーザ光を空間的に（例えばビームスプリッタにより）および／または時間的に（例えば、パルスレーザ光源により）分割することによって、異なる積層造形マシンまたは異なる光学素子に同時にまたはほぼ同時に配分され得る。しかしながら、共通のレーザ光源のレーザ光が積層造形マシンのうちの１つまたは複数の間で共有される場合、利用可能な光パワー全体が、特定のレーザ光の全ての要求を同時に満たすのに十分でないことがある。したがって、制御ユニットは、レーザ光の要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求されたレーザ光の供給をスケジューリングするように構成され得る。優先順位付けスキームは、原材料粉末の供給に用いられる優先順位付けスキームと同じであってもよいし、異なっていてもよい。共通のレーザ光源は、異なる波長を有するレーザ光源、例えば、「赤外」、「赤」、「緑」および／または「青」のレーザ光源を含んでもよい。異なる材料を用いた造形プロセスにおいては、異なる材料について異なる波長を有するレーザ光を用いることが有利であり得る。好ましい実施形態において、積層造形マシンは、広範にわたる材料を処理するのに適した少なくとも１つの第１のレーザ光源、例えば「赤」または「赤外」レーザ光源と、一般的でない材料の処理に適した少なくとも１つの第２のレーザ光源、例えば「緑」または「青」のレーザ光源とを含んでもよく、第１および第２のレーザ光源の使用は、積層造形マシン間の資源管理システムによってスケジューリングされるのに適している。代替的または追加的に、共通のレーザ光源は、異なるパワーおよび／または動作モード、例えば、連続波モードまたはパルスモードを有するレーザ光源を含んでもよい。

本開示の第２の態様によれば、積層造形施設が提供され、この積層造形施設は、
－ ３次元造形物を並行して積層造形するための少なくとも２つの複数の積層造形マシンと、
－ 前記少なくとも２つの複数の積層造形マシンへの資源材料および／または資源アイテムの供給の管理のための上述の資源管理システムと、
を含む。

任意選択で、積層造形施設は、ビルドチャンバから３次元造形物をアンパックし、３次元造形物から残留原材料粉末を除去するためのアンパックステーションをさらに含んでもよい。好ましくは、積層造形施設は、ビルドチャンバが積層造形マシンのうちの任意のものからアンパックステーションに移送されるための共通の移送システムを含む。

任意選択で、積層造形施設は、複数のビルドチャンバを並行して前処理および／または後処理するためのビルドチャンバデポステーションをさらに含んでもよい。例えば、ビルドチャンバおよびそのキャリアは、前処理として、新しいビルドジョブの開始のために所望の動作温度まで予熱され得る。ビルドジョブが終了した後のビルドチャンバの一般的な後処理は、制御された冷却であり得、これは、過度に急速な冷却プロセスを阻止するための制御された加熱を含む。過度に急速な冷却プロセスは、製造されたばかりの３次元造形物に対して望ましくない材料応力をもたらすことがある。他方、過度に低速な冷却プロセスは、全体的な製造時間および造形物あたりのコストを増大させる。そのため、制御ユニットは、優先順位付けスキームに従って、前処理および／または後処理のため、ビルドチャンバデポステーション内の要求された空きスロットをスケジューリングしてもよい。優先順位付けスキームは、特定のセンサ出力、例えば温度センサ出力に依存してもよい。例えば、第１のマシンおよび第２のマシンが共に、ジョブ完了後、それらのビルドチャンバのためにビルドチャンバデポステーションにおける冷却スロットを要求する。第１のビルドチャンバの温度センサは、第２のビルドチャンバの温度センサよりも高い温度を示すことがある。ビルドチャンバデポステーションにおいて現在１つのみのスロットが利用可能である場合、より高温のビルドチャンバが優先され得る。ビルドチャンバデポステーション内の他のビルドチャンバの温度に応じて、制御ユニットは、より高温のビルドチャンバの冷却を可能にするために、より低温のビルドチャンバのスロットを解放してもよい。任意選択で、ビルドファイルから特定される、異なるビルドジョブの熱変形の傾向が考慮されてもよい。冷却プロセスには、加温プロセスよりも高い優先度が与えられてよい。なぜなら、造形物の品質劣化の重大度が新しいビルドジョブの開始の遅延よりも高い可能性があるからである。したがって、冷却プロセスのためにビルドチャンバデポステーション内のスロットを空ける必要がある場合、加温プロセスは停止され得る。

任意選択で、複数の積層造形マシンのうちの少なくとも１つは、内部原材料粉末リサイクルシステムを含んでもよく、内部原材料粉末リサイクルシステムは、進行中の造形プロセス（ビルドジョブ）中に残留原材料粉末を直接リサイクルするように構成される。マシンをより効率的に用いるためには、進行中の造形プロセスにおいて、マシン内の残留原材料粉末を直接リサイクルすることが有利である。原材料粉末の各層は、かなりの量の余分な原材料粉末が層形成プロセス中に各層から掻き取られることを必要とするため、内部原材料粉末リサイクルシステムは、マシンの製造能力を大幅に増大させる。内部原材料粉末リサイクルシステムを有するマシンは、原材料粉末の補充が少なくて済むので、資源管理システムに送る要求も少なくなる。しかし、内部原材料粉末リサイクルシステムは、マシンの原材料粉末の要求を予測しにくくする可能性があり、要求の競合と要求の競合の解消の機会とを増加させる。

任意選択で、複数の積層造形マシンのうちの少なくとも１つは、原材料粉末をバッファリング（一時貯蔵）するための少なくとも１つの原材料粉末バッファを含み、少なくとも１つの原材料粉末バッファは、資源材料としての原材料粉末の要求を示す信号をトリガするように構成された充填レベル検出器を含む。好ましくは、少なくとも１つの原材料粉末バッファは、進行中の造形プロセス中に、内部原材料粉末リサイクルシステムから、直接リサイクルされた残留原材料粉末を受けるように構成され得る。そのため、原材料粉末バッファは、一方で、原材料粉末タンクと施設の積層造形マシンの個々の原材料粉末バッファとを接続する共通の原材料粉末移送システム、例えば、真空配管システムを介して補充されてもよい。他方で、原材料粉末バッファの各々は、各マシンの内部原材料粉末リサイクルシステムによって、進行中の造形プロセス中に直接補充されてもよい。充填レベル検出器は、１つまたは複数のセンサ、例えば原材料粉末バッファのまたは原材料粉末バッファ内の特定の鉛直位置にある１つまたは複数の感光性センサを含んでもよい。原材料粉末の消費速度を検出するために２つ以上のセンサが鉛直方向の異なる位置に設けられてもよい。制御ユニットにより、将来の原材料粉末の要求が予測され、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従ってスケジューリングされてもよい。代替的または追加的に、資源管理システムは、ユーザがリサイクルの割合を設定するための選択可能なオプション、または、直接リサイクルを行わない、つまり新しい原材料粉末のみを用いる選択可能な動作モードを提供してもよい。好ましくは、ユーザは、新しい原材料粉末が、新しい原材料粉末の単一のチャージ（充填）から生じる必要があることを要求することも可能であり得る。

任意選択で、資源管理システムは、複数の積層造形マシンのうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの１つまたは複数の要求を予測し、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、資源材料および／または資源アイテムの前記予測された要求の供給を再スケジューリングするようにさらに構成されてもよい。例えば、資源管理システムは、ビルドデータ、すなわち、ビルドファイルにアクセスしてもよく、このビルドファイルに基づいて３次元造形物が造形されているかまたは３次元造形物の造形が計画されている。資源管理システムは、任意の関連するマシンパラメータおよび／または動作状態および／または動作モードを知ることもできる。

したがって、資源管理システムは、どの資源がどの時点でどのマシンによって必要とされるかを予測することが可能となり得る。さらに、資源管理システムは、どの時点からどの資源がどのマシンによって必要とされなくなるかを予測することも可能となり得る。そのため、資源材料および／または資源アイテムの予測された要求の供給は、予測された要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、再スケジューリングされ得る。例えば、マシンは、次のビルドジョブ中の要求を回避するため、次のビルドジョブの前に、完全に新しい多くの原材料粉末が供給されるように、リサイクルされた残留原材料粉末を排出するように命令されてもよい。別の例として、冷却（クールダウン）スロットがすぐに必要とされることが予測されるが、そのときにビルドチャンバデポステーション内のスロットがいずれも利用可能でない場合があり得る。そこで、資源管理システムは、まだ完全に温められていない、つまり「コールド」ビルドチャンバを、ビルドチャンバデポステーションからマシンまで移送すること、および、「コールド」ビルドチャンバをマシン内で加温することを要求してもよい。これにより、必要とされることが予測されるスロットを空けることができる。さらなる例として、ビルドジョブが週末の間に完了することが予測され、その後、マシンを清掃するスタッフがいない場合があり得る。ビルドジョブの速度、故障リスクおよび／または品質が資源管理システムによって適宜調整され得、またはその逆に、より高い品質、より低い故障リスクおよび／またはより長いビルド時間を必要とするビルドジョブが週末に越えて実行されるようにスケジューリングされ得る。特定の再構成作業およびサービス作業として、例えばフィルタ交換が特定のビルドジョブに必要とされる場合があり、そのような再構成作業およびサービス作業は、再構成作業およびサービス作業がその間に必要でないかまたはより必要とされないビルドジョブのグループをスケジューリングすることによって、最小限に抑えることができる。例えば、同じ原材料粉末を用いてフィルタ交換の回数を減らすことができる。また、マシンにおいて並行して行われる類似または同一のビルドジョブは、前処理および後処理が類似または同一であるため、グループでスケジューリングされ得る。

本発明の第３の態様によれば、積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシンへの資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための方法が提供され、この方法は、
－ 複数の積層造形マシンのうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信すること、および、
－ 要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングすること、
を含む。

任意選択で、方法は、操作スタッフのリクエスト入力によって手動で、または、センサ検出もしくはセンサ測定に基づいて自動的に、資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号をトリガすることをさらに含んでもよい。操作スタッフは、資源材料および／または資源アイテムの供給のリクエストの自動トリガのために様々なパラメータおよび閾値レベルを設定してもよい。

任意選択で、優先順位付けスキームは、積層造形マシンの現在の動作状態での要求された資源材料および／または資源アイテムの供給不足による影響の現在の重大度のランク付けに基づくものであり得る。例えば、原材料粉末の供給不足が、進行中のビルドジョブの中断につながる場合、現在の重大度ランクが最高となり得る。したがって、優先順位付けスキームは、例えば、新しいビルドジョブを開始するためにマシンに原材料粉末を供給することよりも、現在造形物を製造中のマシンへの原材料粉末の供給を優先させることになるであろう。

任意選択で、供給をスケジューリングすることは、以下の累積条件の下で、複数の積層造形マシンのうちの第２の積層造形マシンへの供給を開始するために、複数の積層造形マシンのうちの第１の積層造形マシンへの進行中の供給を停止することを含んでもよい。
－ 第１の積層造形マシンへの進行中の供給を停止しなければ、第２の積層造形マシンへの供給不足が不可避であること、および、
－ 第２の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第１の重大度閾値を上回っていること、および、
－ 第１の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第２の重大度閾値を下回っていること。
例えば、第１のマシンの原材料バッファが新しいビルドジョブを開始するために原材料粉末が現在充填されている。この充填プロセス中に、現在造形中の別の第２のマシンが、進行中の造形プロセスを継続するために新しい原材料粉末の供給を要求することがある。現在進行中の造形プロセスが中断することの重大度ランクは、新しい造形プロセスの開始が遅れることよりも高いため、第１のマシンの原材料バッファへの充填を停止して第２のマシンに原材料粉末を供給し、それによって第２のマシンにおける現在進行中の造形プロセスを中断させないようにする。

任意選択で、本方法は、進行中の造形プロセス中に残留原材料粉末を直接リサイクルすることをさらに含んでもよい。上述のように、これにより、利用可能な原材料粉末の使用に関する全体的な効率が改善され、内部粉末リサイクルシステムが設けられた各マシンの能力が向上する。

任意選択で、本方法は、
－ 複数の積層造形マシンのうちの少なくとも１つの積層造形マシンの原材料粉末バッファに少なくとも１つの積層造形マシンのための原材料粉末をバッファリングすること、
－ 原材料粉末バッファの充填レベルを監視すること、および、
－ 資源材料としての原材料粉末に対する少なくとも１つの積層造形マシンの要求を示す信号をトリガすることと、
をさらに含んでもよい。

任意選択で、本方法は、少なくとも１つの積層造形マシンでの進行中の造形プロセス中に、残留原材料粉末を関連する原材料粉末バッファに直接リサイクルすることをさらに含んでもよい。代替的または追加的に、ユーザは、リサイクルの割合を設定してもよいし、あるいは、直接リサイクルを完全に一時停止する、つまり新しい原材料粉末のみで製造（造形）することを設定してもよい。好ましくは、ユーザは、新しい原材料粉末が、新しい原材料粉末の単一のチャージ（充填）である必要があることを要求してもよい。

任意選択で、本方法は、複数の積層造形マシンのうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの１つまたは複数の要求を予測し、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、資源材料および／または資源アイテムの前記予測された要求の供給を再スケジューリングすることをさらに含んでもよい。任意の関連するマシンパラメータおよび／または動作状態および／または動作モードが知られてもよい。さらに、ビルドデータに含まれる全ての情報、つまり、ビルドファイルにアクセスすることが可能であり、このビルドファイルに基づいて３次元造形物が造形されているかまたは３次元造形物の造形が計画されている。

したがって、どの資源がどの時点にどのマシンによって必要とされるかを予測することが可能である。さらに、どの時点からどの資源がどのマシンに必要とされなくなるかも予測することが可能である。そこで、資源材料および／または資源アイテムの予測された要求の供給は、予測された要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って再スケジューリングされ得る。例えば、あるマシンは、次のビルドジョブ中の任意の要求を回避するため、次のビルドジョブの前に、完全に新しい多くの原材料粉末が供給されるように、リサイクルされた残留原材料粉末を排出するように命令されてもよい。別の例として、冷却スロットがすぐに必要とされることが予測されるが、そのときにビルドチャンバデポステーション内のスロットがいずれも利用可能でない場合があり得る。そこで、資源管理システムは、まだ完全に温められていない、つまり「コールド」ビルドチャンバを、ビルドチャンバデポステーションからマシンまで移送すること、および、「コールド」ビルドチャンバをマシン内で加温することを要求してもよい。これにより、必要とされることが予測されるスロットを空けることができる。さらなる例として、ビルドジョブが週末中に完了することが予測され、その後にマシンを清掃するスタッフがいない場合があり得る。ビルドジョブの速度、故障リスクおよび／または品質が資源管理システムによって適宜調整され得、またはその逆に、より高い品質、より低い故障リスクおよび／またはより長いビルド時間を必要とするビルドジョブが週末を越えて実行されるようにスケジューリングされ得る。特定の再構成作業およびサービス作業、例えばフィルタ交換が特定のビルドジョブに必要とされる場合がある。そのような再構成作業およびサービス作業は、再構成作業およびサービス作業がその間に必要でないかまたはより必要とされていないビルドジョブのグループをスケジューリングすることによって、最小限に抑えることができる。例えば、同じ原材料粉末を使用してフィルタ交換の回数を減らす。また、複数のマシンで並行して行われる類似または同一のビルドジョブは、前処理および後処理が類似または同一であるため、グループでスケジューリングされ得る。

本開示のさらなる実施形態が以下の図面を参照して例示的に説明される。

本開示による積層造形施設の一例を示す斜視図である。 図１の積層造形施設の上面図である。 本開示による資源管理システムのダッシュボード表示の一例を示す概略図である。 本発明による積層造形施設のビルドチャンバ貯蔵ステーションの一例を示す斜視図である。 本開示による積層造形施設の別の例を示す概略図である。

図１および図２は、複数の（５つの）積層造形マシン３を含む積層造形施設１を示す。なお、５つというマシン３の数は、この例のために選択されたものであり、積層造形施設１は、２つ以上の任意の数の積層造形マシン３を含むことができることに留意されたい。複数の積層造形マシン３の一部または全部は、同一であってもよいし、ある側面において互いに異なっていてもよい。図１および図２に示されるような並列構成の同一の複数の積層造形マシン３の利点は、産業規模での連続生産において高品質の積層造形を行うのに有利であり得る。積層造形施設１は、複数の積層造形マシン３のうちの１つが単一のビルドジョブにおいて数百のコンポーネントを並行して製造（造形）することが可能であれば、数千のコンポーネントを並行して製造することが可能であり得る。複数の積層造形マシン３の１つ、いくつか、又は全てが特定の側面によって互いに異なっている場合、積層造形施設１は、多岐にわたる製品を製造するためにより多用途的（汎用的）になり得る。例えば、複数の積層造形マシン３のうちの１つまたはいくつかは、２つの異なる材料で構成されるコンポーネントを製造することが可能であり得る。

複数の積層造形マシン３は、操作スタッフが各積層造形マシン３にアクセスできるようにするため、高架プラットフォーム上に並列に且つ互いに距離をあけた列構成で配置されている。積層造形施設１は、資源材料および／または資源アイテムを複数の積層造形マシン３に供給するための供給システム７をさらに含む。積層造形マシン３にビルドチャンバ１１を移送し、および、積層造形マシン３からビルドチャンバ１１を移送するため、供給システム７の一部として、移送システム９が積層造形マシン３の列に沿って延びている。プラットフォーム５の高架化により、プラットフォーム５よりも低い位置にある積層造形マシン４への移送や当該積層造形マシン４からの移送、および／または、高いビルドチャンバ１１を有するマシン３の設置が、基礎工事を必要とすることなく、可能になる。したがって、８０センチメートルを超える高さを有するビルドチャンバ１１が積層造形マシン３のために使用され得る。図１および図２においては、現在、１つのビルドチャンバ１１が複数の積層造形マシン３のうちの１つへのまたは複数の積層造形マシン３のうちの１つからの経路上に示されている。移送システム９は、リニアレール上で複数の積層造形マシン３の列に沿ってビルドチャンバ１１を移送することが可能である。移送システム９は、上下にビルドチャンバ１１を移動させて位置決めするようにさらに構成されている。さらに、移送システム９は、ビルドチャンバ１１を積層造形マシン３のプロセスチャンバに装着するために、ビルドチャンバ１１を積層造形マシン３内に移送することが可能である。

積層造形施設１は、粉末除去ステーションと呼ばれることもあるアンパックステーション１３をさらに含む。アンパックステーション１３は、製造された造形物から非溶融または非焼結の原材料粉末を除去するために、ビルドジョブの完了後にビルドチャンバ１１をアンパックするために使用される。そのような残留原材料粉末は、回収、ふるい掛け、フィルタリング、乾燥、および／または他の処置を行った後に、リサイクルされて再利用され得る。図１および図２に示されるように、アンパックステーション１３は、移送システム９のリニアレールの一端に配置されてよい。移送システム９のリニアレールの他端において、積層造形施設１は、ビルドジョブの前および／または後にビルドチャンバ１１を保管および一時保管（バッファリング）するためのビルドチャンバデポステーション１５をさらに含んでもよい。示された移送システム９の両端の位置は、一例にすぎない。好ましくは、マシン３の数および配置は、最適な移送ルートを提供するための位置が考慮され得る。複数のアンパックステーション１３および複数のデポステーション１５が設けられてもよい。ビルドチャンバデポステーション１５は、ビルドチャンバ１１の前処理および／または後処理のために使用されてもよい。例えば、ビルドチャンバ１１は、次のビルドジョブのために積層造形マシン３に移送される前に、処理温度まで加熱されることがある。代替的または追加的に、ビルドチャンバ１１は、造形プロセスの後、ビルドチャンバデポステーション１５において、制御された方式で冷却されてもよい。制御された冷却プロセスは、製造された造形物において熱により誘起される構造応力を回避するために冷却時間を遅くするよう、ビルドチャンバ１１の加熱を含んでもよい。代替的または追加的に、操作スタッフは、リモート制御端末、例えばパーソナルコンピュータを用いて、複数の積層造形マシンの一部または全部についてのビルドジョブを、好ましくは、造形施設全体についてのビルドジョブを監視および制御してもよい。

積層造形施設１は、共通の原材料粉末供給部１７をさらに含み、原材料粉末が共通の原材料粉末供給部１７から真空配管システム１９を介して複数の積層造形マシン３に供給される。共通の原材料粉末供給部１７は、原材料粉末タンクを含み、また、任意選択で、積層造形マシン３への供給前に原材料粉末を精製するためのフィルタおよび／またはふるいを含む。原材料粉末タンクには、外部ソースからの新しい原材料粉末および／またはアンパックステーション１３からのリサイクルされた原材料粉末が充填され得る。複数の積層造形マシン３の１つ、いくつか、または全ては、造形プロセス中に各層の堆積を超えて用いられた原材料粉末をリサイクルするための内部リサイクルシステムを含んでもよい。代替的または追加的に、複数の積層造形マシン３の１つ、いくつか、または全ての余分な原材料粉末は、真空配管システム１９の１つまたは複数の戻りラインを介して共通の原材料粉末ソースに送られ、共通の原材料粉末ソースを介してリサイクルされてもよい。真空配管システム１９は、原材料粉末を搬送する真空配管システム１９を通って流れるガス流を駆動する負圧を提供するための１つまたは複数の吸引ポンプを含んでもよい。積層造形施設１は、複数の積層造形マシン３に窒素やアルゴンなどのシールドガスを供給するための共通のシールドガスソースを含む。複数の積層造形マシン３は、それぞれ積層造形のための１つまたは複数のプロセスチャンバを含んでもよい。図１および図２に示される例においては、各積層造形マシン３が１つのプロセスチャンバを含む。積層ビルドジョブが開始される前に、ビルドチャンバ１１が積層造形マシン３のプロセスチャンバに下から取り付けられる必要がある。複数の積層造形マシン３のうちの任意のものの位置でプラットフォーム５上に立つ操作スタッフは、窓２１を介して、個々の積層造形マシン３のプロセスチャンバ内を覗き込むことができる。積層造形マシン３は、ディスプレイ２５および入力手段を含む監視制御端末２３を含んでもよい。操作スタッフは、積層造形マシン３の監視制御端末２３を用いて、個々の積層造形マシン３について個別にビルドジョブを監視および制御してもよい。

積層造形施設１の完全な生産サイクルは、積層造形プロセスの資源アイテムである１つまたは複数のビルドチャンバ１１の組み立てから開始する。ビルドチャンバ１１は、底板パッケージの形態のキャリアと、周側壁と、蓋とを含む。キャリアは、造形物が後でその上でビルドされる（作られる）かまたは「成長」する上部基板プレートを含む。さらに、キャリアは、加熱要素と、キャリアを下から一時的に固定するための固定ポイントとを含む。キャリアは、周側壁内で軸方向に移動可能であり、底部位置にてロックされ得る。これにより、キャリアは、下からビルドチャンバ１１を密閉する。蓋は、上部においてビルドチャンバ１１を密閉するのに用いられる。蓋は、必要なときにビルドチャンバ１１内に十分なシールドガス雰囲気を提供するために、シールドガス供給部に接続するためのシールドガスコネクタを含む。

キャリア、周側壁、および蓋が組み立てられると、ビルドチャンバ１１は、ビルドチャンバデポステーション１５において加温される。ビルドチャンバ１１は、所定のまたは設定された処理温度まで加温されると、複数の積層造形マシン３のうちの１つに割り当てられ、そこに移送される準備が整う。本発明の任意選択の態様によれば、ビルドチャンバデポステーション１５の代わりに、積層造形マシン３においてビルドチャンバ１３を加温することも可能である。マシンにおける加温は、より長い時間を必要とする場合があるが、例えば、冷却などのより高い優先度を有する動作のためにビルドチャンバデポステーション１５内のスロットが必要とされる場合に、マシンにおける加温が資源管理システムによって命令され得る。ビルドチャンバ１１は、それぞれの積層造形マシン３に到達すると、マシン３のプロセスチャンバの下に配置される。次に、蓋が取られ、周側壁が下からプロセスチャンバに密封状態で取り付けられ得る。プロセスチャンバはビルドチャンバに向けて開かれており、キャリアは上部位置へと上方に動かされる。これにより、プロセスチャンバにおける積層造形のために、フィーダによって基板プレート上に原材料粉末の第１の層を堆積させることができる。説明されたドッキングプロセスは一例にすぎない。ビルドチャンバ１３および／またはプロセスチャンバが異なる方式で開閉されることも可能である。特に、ビルドチャンバの蓋およびプロセスチャンバカバーが共同で動かされること、および／または、ビルドチャンバの蓋がプロセスチャンバの内側で動かされること、が可能である。

プロセスチャンバ内に十分なシールドガス雰囲気が蔓延している間に、原材料粉末の連続的な層ごとの照射プロセスが開始される。層へのレーザ照射が終了するごとに、キャリアは、ビルドチャンバ１１の周側壁内で１層の厚さ分だけ下方に段階的に動かされる。次に、新しい層が前に照射された層上にフィーダによって堆積される。そのため、照射される最上層はプロセスチャンバ内で常に同じ軸方向の位置にある。これにより、製造される造形物は、下からプロセスチャンバに取り付けられたビルドチャンバ１１内に「成長」する。ビルドジョブの終了時、ビルドチャンバ１１は、製造された造形物および全ての層の余分な非溶融または非焼結の原材料粉末で満たされる。新しい層の堆積は、所望の厚みの平面層を達成するため、スクレーパによって余分な原材料粉末が掻き取られることが必要であることに留意されたい。余分な（残留した）原材料粉末は、マシン３の内部リサイクルシステムおよび／または施設１の共通のリサイクルシステムでリサイクルされ得る。任意選択で、リサイクルされた粉末は、固定または可変の比率で、好ましくは、所定の最小量の新しい粉末が使用されるような比率で新しい粉末と混合されてもよい。マシン３の内部リサイクルシステムの場合、余分な（残留した）原材料粉末は、ふるいに掛けられ、マシン３の原材料粉末バッファ内に移送されて戻され、そこからフィーダが新しい層の堆積のための原材料粉末を得る。施設１の共通のリサイクルシステムの場合、余分な（残留した）原材料粉末は、真空配管システム１９を介して共通の原材料粉末供給部１７の共通の原材料粉末タンクに移送され戻される。マシン３の原材料粉末バッファは、真空配管システム１９に接続されており、新しいおよび／またはリサイクルされた原材料粉末が充填される。

ビルドジョブが終了すると、プロセスチャンバが閉じられて、後続のビルドジョブのために内部のシールドガス雰囲気が保持される。ビルドチャンバは下方に動かされてプロセスチャンバから離れ、蓋が周側壁上に戻されてビルドチャンバの上部が閉じられ、内部のシールドガス雰囲気が可能な限り保持される。プロセスチャンバは、後続のビルドジョブのために残留原材料粉末から手動でまたは自動的に清掃されてもよい。好ましくは、冷却中に十分なシールド雰囲気を確保するように、ガス供給部への接続が確立される。

ビルドジョブの後、ビルドチャンバ１１を制御された方式で冷却する必要があり、ビルドチャンバデポステーション１５内の冷却スロットがリクエストされる。ビルドチャンバデポステーション１５内の冷却スロットが利用可能になると、ビルドチャンバ１１はビルドチャンバデポステーション１５に移送され、そこでキャリアがパーキングロットにおいて下から固定される。それにより、パーキングされたキャリア内の熱要素を制御して冷却時間を制御し、温度によって造形物に誘起される材料応力のリスクを低減する。

ビルドチャンバ１１が十分に冷却されると、ビルドチャンバ１１は、アンパックステーション１３においてアンパックされる準備が整う。アンパックステーション１３におけるアンパックテーブル上のアンパックスロットが利用可能になると、ビルドチャンバ１１がアンパックステーション１３に移送される。アンパックステーション１３において、キャリアは、ビルドチャンバデポステーション１５のパーキングロットと場合と基本的に同じ方法で、下からアンパックテーブルに固定される。ビルドチャンバデポステーション１５とは対照的に、アンパックテーブルは、原材料粉末の漏れを防ぐために、密閉されたアンパック室内に配置されている。キャリアがアンパックテーブルに固定されると、蓋を含む周側壁は、上方に動かされて造形物から「引き離される」。すると、造形物の周りに残留した非溶融および非焼結の原材料粉末は、落下してアンパックステーション１３の底部の受け容器に流される。可能な限り多くの残留した非溶融および非焼結の原材料粉末を造形物から除去するために、アンパックテーブルをアンパック室内で揺らし、振動させ、および／または回転させてもよい。造形物の底部層は、造形物がキャリアの一部である基板プレートに一体的に接続されるように、好ましくは基板プレートに溶融／焼結されることに留意されたい。

ビルドチャンバ１１のアンパック後、移送システム９による移送を可能にすると共に移送中に造形物を保護するために、蓋を含む周側壁がキャリア上に戻されてもよい。ビルドチャンバ１１がアンパックステーション１３を出ると、ビルドチャンバ１１が再び分解され、および、分離プレートがキャリアから分離される。サンドブラスト、ミリング、加熱、オートクレーブ、亜鉛めっき、コーティングなどのさらなる外部での従来の処理のために造形物を取り出すためである。

空になったビルドチャンバ１１は、積層造形施設１の次の完全な生産サイクルのために再利用および再組み立てすることが可能である。生産サイクルごとに交換される必要があるビルドチャンバ１１の唯一の部分は、キャリア上に装着する必要がある基板プレートである。個々の、いくつかの、または全てのビルドジョブは、いわゆる「サポートフリー」のビルドジョブとして実施されてもよい。これは、造形物が基板プレートに接続されないような方法で製造されることを意味し、造形物は、原材料粉末上に「浮遊」している。この場合、基板プレートを交換する必要はなく、および／または、基板プレートを使用しないこともある。基板プレートなしで実行する場合、ビルドチャンバ１１は、特定の設計、特にキャリアを有してもよい。サポートフリーのビルドジョブは、異なるアンパックステーションの使用、例えば、残留粉末と一緒に造形物を処分しないようにするために、造形物グリッパおよび／またはふるい、特に振動ふるいを含むアンパックステーションの使用を必要とする場合もある。資源管理システムは、個々のビルドジョブの必要なアンパック要件を考慮してもよい。

複数のビルドチャンバ１１および複数の積層造形マシン３を並列に有する積層造形施設１の生産サイクルを協調管理するため、積層造形施設１は、積層造形施設１の供給システム７を制御するためのプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、産業ＰＣ（ＩＰＣ）、サーバまたは別の種類のコンピュータデバイスに実装されたソフトウェアまたはアプリケーションの形態の資源管理システム（図１および図２では見えない）をさらに含む。資源管理システムの入力および出力オプションは、ディスプレイ２５のいずれかおよび／または別の固定式のコンピュータデバイスのディスプレイまたは移動式のコンピュータデバイス、例えばタブレットやスマートフォンのディスプレイに、ダッシュボード（図３を参照）の形態で表示されてもよい。ダッシュボードは、通常のインターネットブラウザアプリケーションを用いることによって表示可能なウェブベースのアプリケーションとして実装されてもよい。ハードウェアの観点において、資源管理システムは、複数の積層造形マシン３のうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信するように構成された制御ユニットを含む。制御ユニットは、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料、例えば、原材料粉末、共通レーザ光、シールドガスの供給、および／または、資源アイテム、例えば、ビルドチャンバ１１、移送スロット、冷却スロット、加温スロット、アンパックスロットの供給をスケジューリングするようにさらに構成されている。適用される優先順位付けスキームのパラメータまたは設定は、操作スタッフが表示されたダッシュボードを使用することによって設定され得る。制御ユニットは、要求、ステータス、エラーメッセージ、センサ測定値、または、ダッシュボード上の操作スタッフに表示される任意の他の監視情報を通信するように構成されてもよい。

図３は、複数のディスプレイ２５および／または別の固定式もしくは移動式のコンピュータデバイスのディスプレイのうちの任意のものにおいて操作スタッフに対して表示されるダッシュボード２７の例を示す。ダッシュボード２７は、「ＳＬＭ（登録商標） ＰＲＳ 粉末除去ステーション」と称されるアンパックステーション１３のステータス、「ＳＬＭ（登録商標） ＢＣＭビルドシリンダマガジン」と称されるビルドチャンバデポステーション１５のステータス、および「ＳＬＭ（登録商標） ８００Ｍ１－Ｍ５」と称される個々の積層造形マシン３のステータスに関する情報の概要を含む。ビルドチャンバ１１は、「ビルドシリンダ」と称される。ダッシュボードは、個々のステーションおよび個々のマシンについてのグラフィカルなステータス表現、例えばカラーコードの形態や信号灯の形態のステータス表現を含んでもよい。特に、いくつかまたは全てのグラフィカルなステータス表現は、ステーション１３、１５およびマシン３（例えば、信号機）上の物理的なステータス表現、例えば信号灯に一致してもよい。

ダッシュボード２７から見てとれるように、ここでは、全ての積層造形マシンＭ１～Ｍ５が同じタイプの「ＳＬＭ（登録商標）８００」であり、このマシンは、５００×２８０ミリメートルの粉末床サイズでのビルドジョブ中に同時に４つのレーザを用いる。ビルドチャンバ１１の高さは８５０ミリメートルである。ビルドレート（造形速度）は、１７０ｃｍ^３／ｈ以上であり得る。図３に例として示された状況においては、マシンＭ２およびＭ３でビルドジョブが現在進行中であり、マシンＭ１、Ｍ４およびＭ５ではビルドジョブが終了している。マシンＭ１、Ｍ４およびＭ５のビルドチャンバ１１は、製造された造形物を内部に保持しており、冷却のためにビルドチャンバデポステーション１５に動かされる準備が整っている。ここで、操作スタッフは、例えばダッシュボード２９を表示するタブレットのタッチスクリーン上でそれぞれのリクエストボタン２７を押すことによって、冷却スロットのリクエストをトリガすることができる。代替的に、資源管理システムは、リクエストを自動的にトリガし、実行をスケジューリングするようにしてもよい。実行のスケジューリングは、要求が競合する場合に必要となる。例えば、ビルドチャンバデポステーション１５（ＳＬＭ（登録商標） ＢＣＭビルドシリンダマガジン）には、現在、追加の冷却プロセスのために利用可能な空スロットが１つしかないとする。資源管理システムは、マシンＭ１、Ｍ４、Ｍ５のビルドチャンバ１１のうちの１つ、例えばマシンＭ１のビルドチャンバを、ビルドチャンバデポステーション１５内の空スロットに動かすことを優先させることができる。

そして、資源管理システムが一度に１つのビルドチャンバ１１しか移送することができない移送システム９の次のスロットを割り当てるためには原理的に２つの選択肢がある。第１の選択肢は、ビルドチャンバデポステーション１５内の別のスロットを空けるため、ビルドチャンバデポステーション１５内のアンパックの準備ができているビルドチャンバ１１をアンパックステーション１３（「ＳＬＭ（登録商標） ＰＲＳ粉末除去ステーション）に移動させることである。第２の選択肢は、ビルドチャンバデポステーション１５内の温められたビルドチャンバ１１であって、そのときに空いている（ビルドチャンバがない）マシンＭ１に割り当てられる準備ができているビルドチャンバ１１を移動させることである。第２の選択肢はより効率的である。なぜなら、第１の選択肢は、マシンＭ１における新しいビルドジョブの開始を遅らせることになるからである。意思決定プロセスは、例えばこの場合は移送スロットについてのものであるが、要求の競合を解消するために適用される優先順位付けスキームによって予め決定される。

ビルドチャンバをマシンＭ１に移動させると、ビルドチャンバデポステーション１５内のアンパックの準備ができているビルドチャンバ１１をアンパックステーション１３に移動させる。なぜなら、ビルドチャンバデポステーション１５内のビルドチャンバ１１のいずれも完全に温められておらず、新しいビルドジョブに割り当てられる準備ができていないからである。すると、ビルドチャンバデポステーション１５内の２つの冷却スロットがマシンＭ４およびＭ５のビルドチャンバ１１のために空き、次にこれらのビルドチャンバ１１をそれに応じてビルドチャンバデポステーション１５に移動させる。

また、資源管理システムは、原材料粉末の供給および分配を管理および表示する。図３に示された状況において、マシンＭ１、Ｍ４およびＭ５は、原材料粉末バッファが満杯であり、現在、原材料粉末供給部に対する要求を有していない。しかし、マシンＭ２およびＭ３は、低い充填レベルの原材料粉末バッファまたは空の原材料粉末バッファを有しているため、原材料粉末の供給についての競合する要求を有する。供給システム７は、一度に１つのマシンにしか原材料粉末を供給することができないことがある。マシンＭ３の原材料粉末バッファは、ステータス表示に「充填中・・・」によって示されるように現在充填中である。マシンＭ２の現在の供給不足がマシンＭ２で進行中のビルドジョブの中断につながることが予測される場合、資源管理システムは、マシンＭ３の充填プロセスを停止して、マシンＭ２の充填を開始することを決定してもよい。それによって、コストのかかるジョブの中断を防ぐことができる。その後、マシンＭ３の現在の供給不足がマシンＭ３で進行中のビルドジョブの中断につながることが予測される場合、資源管理システムは、マシンＭ２の充填プロセスを停止して、マシンＭ３の充填を再び開始することを決定してもよい。

図４は、ビルドチャンバデポステーション１５をより詳細に示す。図４に示されるように、ビルドチャンバデポステーション１５は、６つのパーキングロット３１を含み、一度に６つのビルドチャンバ１１を収容することができる。ビルドチャンバ１１は、パーキングロット３１に自動的に装着され得る。ビルドチャンバデポステーション１５は、ビルドチャンバ１１の受け取りおよびビルドチャンバ１１の送出のための移送システム９に接続されている。ビルドチャンバ１１がパーキングロット３１に装着されると、制御ユニットは、ビルドチャンバ１１のキャリア、すなわち、底部プレートパッケージ内の加熱要素を制御することができる。各パーキングロット３１は、上方から、より長いビルドチャンバ１１の冷却期間、加温期間、および／または、パーキング期間の間に十分なシールドガス雰囲気を提供するために、シールドガス供給部３３を含む。シールドガスとしては、例えば窒素やアルゴンが用いられ得る。

図５は、積層造形施設１の別の例を示しており、この積層造形施設１は、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４をラベル付けされた４つの異なる積層造形マシン３を含む。全ての積層造形マシン３および全てのステーション１３、１５に対して、集中型の共通のシールドガスソース３５が設けられている。シールドガスは、複数のシールドガス供給部３６を介して全てのマシン３に供給されるように循環配管システム内で循環され、共通のフィルタユニット３７においてフィルタリング（濾過）される。個々の積層造形マシン３内に同じまたは異なる効率を有する追加のフィルタ３８、すなわち、マシンＭ１およびＭ４における大きなフィルタユニット３８と、Ｍ３における小さなフィルタユニット３８とが設けられてもよい。共通のフィルタユニット３７および個別のフィルタユニット３８は、特に異なる材料組成をフィルタリングするための複数のフィルタを含んでもよい。２つ以上のシールドガス回路が用いられることも可能である。特に、原材料組成ごとに１つのガス回路が用いられてもよく、それによって、フィルタにおけるクリティカルな材料の混合が防止される。制御ユニット４１を含む資源管理システム３９は、各マシン３の内部制御モジュール４３に無線または有線で接続されている。資源管理システム３９の制御ユニット４１は、積層造形施設１の供給システム７を協調管理するように構成されている。資源管理システム３９と制御モジュール４３との間の通信を実施する方式についてはいくつかの選択肢がある。第１の選択肢において、資源管理システム３９は、資源管理システム３９が解釈および評価するために、制御モジュール４３から処理されていないデータおよび制御信号を受信してもよい。第２の選択肢において、制御モジュール４３は、それらのデータおよびセンサ信号を個別に処理および評価し、資源材料および／または資源アイテムの要求のみを資源管理システム３９に送信する。好ましい第３の選択肢において、制御モジュール４３は、資源管理システム３９が評価および優先付けを行うために、それらのデータおよびセンサ信号を個別に処理して資源管理システム３９に転送する。ここで、供給システム７は、ビルドチャンバ１１を移送するための移送システム９と、４つのパーキングロット３１を有するビルドチャンバデポステーション１５と、１つのアンパックテーブルを有するアンパックステーション１３と、造形物の搬送および新しいビルドチャンバ１１またはキャリアを受けるためのターミナルハブ４５と、レーザ供給システム４７と、２つの異なる種類の原材料粉末を供給するための共通の原材料粉末供給部１７とを含む。２種類の原材料粉末は、材料の種類および／または粒径が互いに異なっていてもよい。材料の種類は、金属、セラミックス、プラスチックおよび／または鉱物の任意の種類であり得る。それにより、異なる材料を１つのビルドジョブにおいて用いることができる。例えば、２つの異なる材料を含む造形物を製造することができる。別の例としては、後に焼き払うことができる比較的安価で軽い充填材料または架橋材料としてプラスチックが用いられてもよく、あるいは、コーティングとしてセラミックスが用いられてもよい。

図５に例として示された積層造形施設１の４つのマシン３は、積層造形施設１の多用途性（汎用性）を示すために、特定の側面において互いに異なっている。マシンＭ１は、プロセスチャンバ５１の上部の４つのレーザ光学素子４９と、２つの内部レーザ光源５３とを含む。マシンＭ１は、プロセスチャンバ５１の側部にある１つの原材料粉末バッファ５５をさらに含む。原材料粉末バッファ５５の下に配置されたフィーダ５７には、原材料粉末バッファ５５からの原材料粉末が充填され得る。フィーダ５７は、水平方向に移動可能であり、プロセスチャンバ５１の下に配置されたビルドチャンバ１１のキャリア上に原材料粉末の層を堆積させ、および掻き取ることができる。各層の堆積後に掻き取られた余分な原材料粉末は、フィーダ５７によって受け容器５９に押し込まれる。余分な原材料粉末は、内部リサイクルシステム６１を介して、ビルドジョブ中に原材料粉末バッファ５５に直接リサイクルされる。

レーザ供給システム４７は、マシンＭ２、Ｍ３およびＭ４のためのレーザ光を提供するために用いられ、それらのマシンのうち、マシンＭ３のみが追加の内部レーザ光源５３を含む。レーザ供給システム４７の１つまたは複数の共通のレーザ光源のレーザ光は、光ガイドシステム６５、例えば光ファイバラインによってマシンＭ２、Ｍ３およびＭ４まで導かれる。レーザ供給システム４７は、波長、パワー、偏光、パルセーションおよび／または振幅プロファイルが異なる、様々な種類のレーザ光を提供してもよい。

マシンＭ２は、共通の原材料粉末供給部１７に接続されていないが、交換可能な原材料粉末カートリッジ６７を含み、そこからフィーダ５７が層形成プロセスのために充填される。余分な原材料粉末は、吸引除去されるか（図示せず）、または交換可能な原材料粉末ビン内に捕捉される（図示せず）。原材料粉末カートリッジ６７および／または原材料粉末ビンは、ビルドチャンバ１１と同じ移送システム９を使用してもよい。特に、原材料粉末カートリッジ６７および／または原材料粉末ビンは、ビルドチャンバとして設計されてもよい。

マシンＭ３およびマシンＭ４は、２つの異なる種類の原材料粉末を処理することが可能である。したがって、マシンＭ３およびマシンＭ４は、それぞれ２つの異なる原材料粉末を個別にバッファリングするための２つの原材料粉末バッファ５５を含む。しかし、余分な原材料粉末は、２つの種類の原材料粉末の混合物からなる。マシンＭ３は、２つの原材料粉末バッファ５５に補充するため、余分な原材料粉末の２つの成分を少なくとも部分的に分離することが可能な内部リサイクルシステム６１を含む。内部リサイクルシステム６１は、全ての余分な原材料粉末をリサイクルするように実装されてもよい。代替的な実施形態において、内部リサイクルシステム６１は、余分な原材料粉末の１つの成分を特定の割合でリサイクルするように実装され、余分な材料粉末の残りは共通のリサイクルユニット６８において分離されてもよい。さらなる代替的な実施形態において、内部リサイクルシステム６１は、余分な原材料粉末の各成分の特定の割合をリサイクルするように実装され、余分な材料粉末の残りは共通のリサイクルユニット６８において分離されてもよい。ここで、共通のリサイクルユニット６８は、マシンＭ３およびＭ４の余分な原材料粉末の２つの成分を分離するために設けられている。共通のリサイクルユニット６８は、２つの異なる原材料粉末を別々に貯蔵するための２つの原材料粉末タンク６９に供給する。これら原材料粉末タンク６９は、真空配管システム１９を介して、マシンＭ１、Ｍ３およびＭ４の原材料粉末バッファ５５に、適切な種類の新しい原材料粉末および／またはリサイクルされた原材料粉末を補充するために使用される。

図１～図４に示された実施形態に関連して上記で説明したように、制御ユニット４１を有する資源管理システム３９は、ダッシュボード２７への手動の操作スタッフ入力から、および／または、センサ検出もしくはセンサ測定により自動的にトリガされた、複数の積層造形マシンのうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信するように構成されている。例えば、原材料粉末バッファ５５は、補給の要求を示す充填レベル検出器を含んでもよい。制御ユニット４１は、上記で説明したように、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングするようにさらに構成されている。

１ 積層造形施設
３ 積層造形マシン
５ プラットフォーム
７ 供給システム
９ 移送システム
１１ ビルドチャンバ
１３ アンパックステーション
１５ ビルドチャンバデポステーション
１７ 共通の原材料粉末供給部
１９ 真空配管システム
２１ 窓
２３ 制御端末
２５ ディスプレイ
２７ リクエストボタン
２９ ダッシュボード
３１ パーキングロット
３３ シールドガス供給部
３５ 共通のシールドガスソース
３６ シールドガス供給部
３７ 共通のフィルタユニット
３８ 個別のフィルタユニット
３９ 資源管理システム
４１ 制御ユニット
４３ 内部制御モジュール
４５ 移送ハブ
４７ レーザ供給システム
４９ レーザ光学素子
５１ プロセスチャンバ
５３ 内部レーザ光源
５５ 原材料粉末バッファ
５７ フィーダ
５９ 受け容器
６１ 内部原材料粉末リサイクルシステム
６５ 導光システム
６７ 原材料粉末カートリッジ
６８ 共通の原材料粉末リサイクルシステム
６９ 原材料粉末タンク

Claims (21)

1. 積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシン（３）への資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための資源管理システム（３９）であって、複数の積層造形マシン（３）のうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信するように構成された制御ユニット（４１）を含み、制御ユニット（３９）は、要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングするように構成されている、資源管理システム（３９）。
2. 少なくとも１種類の要求された資源材料および／または資源アイテムを制御ユニット（４１）によってスケジューリングされた方式で複数の積層造形マシン（３）に供給するための供給システム（７）をさらに含む、請求項１に記載の資源管理システム（３９）。
3. 供給システム（７）は、少なくとも１種類の要求された資源材料および／または資源アイテムを一度に積層造形マシンの総数未満の数の積層造形マシンに、特に一度に複数の積層造形マシン（３）のうちの１つのみに供給するように構成されている、請求項２に記載の資源管理システム（３９）。
4. 前記優先順位付けスキームは、複数の積層造形マシン（３）の現在の動作状態での要求された資源材料および／または資源アイテムの供給不足による影響の現在の重大度のランク付けに基づく、請求項１～３のいずれか１項に記載の資源管理システム（３９）。
5. 制御ユニット（４１）は、
   － 第１の積層造形マシン（３）への進行中の供給を停止しなければ、第２の積層造形マシン（３）への供給不足が不可避であること、および、
   － 前記第２の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第１の重大度閾値を上回っていること、および、
   － 前記第１の積層造形マシンへの供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第２の重大度閾値を下回っていること、
   の累積条件の下で、複数の積層造形マシン（３）のうちの前記第２の積層造形マシンへの供給を開始するために、複数の積層造形マシン（３）のうちの前記第１の積層造形マシンへの進行中の供給を停止するように構成されている、
   請求項４に記載の資源管理システム（３９）。
6. 前記資源材料は、積層造形マシン（３）での積層造形プロセスにおいて電磁放射または粒子放射による照射を受ける少なくとも１つの原材料粉末であり、前記資源アイテムは、キャリアを有するビルドチャンバ（１１）であり、前記キャリア上で、積層造形マシン（３）での積層造形によって前記少なくとも１つの原材料粉末から３次元造形物が生産可能である、請求項１～５のいずれか１項に記載の資源管理システム（３９）。
7. 前記資源材料は、積層造形マシン（３）での積層造形プロセスにおいて電磁放射または粒子放射による照射を受ける少なくとも２つの原材料粉末であり、前記少なくとも２つの原材料粉末は、第１の原材料粉末と第２の原材料粉末とを含み、前記第１の原材料粉末と前記第２の原材料粉末とは、材料の種類および／または粒径が互いに異なり、供給システム（７）は、前記第１の原材料粉末と前記第２の原材料粉末とを積層造形マシン（３）に個別に供給するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の資源管理システム（３９）。
8. １つまたは複数のレーザ光源によって生成されたレーザ光を制御ユニット（４１）によってスケジューリングされた方式で積層造形マシン（３）に供給するためのレーザ供給システム（４７）をさらに含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の資源管理システム（３９）。
9. － ３次元造形を並行して積層造形するための少なくとも２つの複数の積層造形マシン（３）と、
   － 前記少なくとも２つの複数の積層造形マシン（３）への資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための、請求項１～８のいずれか１項に記載の資源管理システム（３９）と、
   含む、積層造形施設（１）。
10. ビルドチャンバ（１１）から３次元造形物をアンパックして前記３次元造形物から残留原材料粉末を除去するためのアンパックステーション（１３）をさらに含む、請求項９に記載の積層造形施設（１）。
11. 複数のビルドチャンバ（１１）の並行した前処理および／または後処理のためのビルドチャンバデポステーション（１５）をさらに含む、請求項９または１０に記載の積層造形施設（１）。
12. 複数の積層造形マシン（３）のうちの少なくとも１つは、内部原材料粉末リサイクルシステム（６１）を含み、内部原材料粉末リサイクルシステム（６１）は、進行中の造形プロセス中に、残留原材料粉末を直接リサイクルするように構成されている、請求項９～１１のいずれか１項に記載の積層造形施設（１）。
13. 複数の積層造形マシン（３）のうちの少なくとも１つは、原材料粉末をバッファリングするための少なくとも１つの原材料粉末バッファ（５５）を含み、前記少なくとも１つの原材料粉末バッファ（５５）は、資源材料としての原材料粉末の要求を示す信号をトリガするように構成された充填レベル検出器を含む、請求項９～１２のいずれか１項に記載の積層造形施設（１）。
14. 前記少なくとも１つの原材料粉末バッファ（５５）は、進行中の造形プロセス中に直接リサイクルされた残留原材料粉末を受け取るように構成されている、請求項１３に記載の積層造形施設（１）。
15. 積層造形のための少なくとも２つの複数の積層造形マシン（３）への資源材料および／または資源アイテムの供給を管理するための方法であって、
    複数の積層造形マシン（３）のうちの任意のものの資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号を受信すること、および、
    要求の競合を解消するための所定の優先順位付けスキームに従って、要求された資源材料および／または資源アイテムの供給をスケジューリングすること、
    を含む、方法。
16. 操作スタッフのリクエスト入力によって手動でまたはセンサ検出もしくはセンサ測定に基づいて自動で資源材料および／または資源アイテムの要求を示す信号をトリガすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記優先順位付けスキームは、複数の積層造形マシン（３）の現在の動作状態での要求された資源材料および／または資源アイテムの供給不足による影響の現在の重大度のランク付けに基づく、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記供給をスケジューリングすることは、
    第１の積層造形マシン（３）への進行中の供給を停止しなければ、第２の積層造形マシン（３）への供給不足が不可避であること、および、
    前記第２の積層造形マシン（３）への供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第１の重大度閾値を上回っていること、および、
    前記第１の積層造形マシン（３）への供給不足に対する現在の重大度ランクが、所定の第２の重大度閾値を下回っていること、
    の累積条件の下で、複数の積層造形マシン（３）のうちの前記第２の積層造形マシンへの供給を開始するために、複数の積層造形マシン（３）のうちの前記第１の積層造形マシンへの進行中の供給を停止することを含む、
    請求項１５～１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 進行中の造形プロセス中に残留原材料粉末を直接リサイクルすることをさらに含む、請求項１５～１８のいずれか１項に記載の方法。
20. － 少なくとも１つの積層造形マシンの（３）ための原材料粉末を前記少なくとも１つの積層造形マシンの原材料粉末バッファ（５５）にバッファリングすること、
    － 前記原材料粉末バッファ（５５）の充填レベルを監視すること、および、
    － 資源材料としての原材料粉末に対する前記少なくとも１つの積層造形マシン（３）の要求を示す信号をトリガすること、
    をさらに含む、請求項１５～１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記少なくとも１つの積層造形マシン（３）の進行中の造形プロセス中に、残留原材料粉末を関連する原材料粉末バッファ（５５）に直接リサイクルすることをさらに含む、請求項２０に記載の方法。