JP2024512219A - 位相管理型付加プリンティングシステム - Google Patents

Abstract

付加製造システムは、ビームを生成するための少なくとも２つの高出力レーザを含む。位相パターニングユニットは、２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからのビームを受け取り、その位相を変更するために使用される。少なくとも１つの位相パターン化されたビームは、プリント床で別のビームと混合され得る。幾つかの実施形態では、ビームは、位相パターニングユニットからの位相パターンの変化によってプリント床に対して移動させられる。他の実施形態では、位相パターニングユニットからの位相パターンは、複数の層の同時プリンティングに使用され得る。

Description

［関連出願］
本開示は、２０２１年２月１２日に出願された米国特許出願第６３／１４８，７８８号の優先権を主張する非仮特許出願の一部であり、その全体が参照により組み込まれる。

［技術分野］
本開示は、一般的に、ホログラフィック又は位相ベースの粉末床プリンティングを含む付加製造システムに関する。より具体的には、高フルエンスビームを印加するためのホログラフィック技術の使用を説明する。

高フルエンスで長時間動作可能な光を備えた高出力レーザシステムは、パターン化された高エネルギレーザの使用から利益を得ることができる付加製造及びその他の用途に有用である。幾つかのシステムでは画像のプリンティングが可能であるが、幾つかの用途では、ホログラフィック又は位相ベースのビーム操縦及びプリンティングから利益を得ることができる。

本開示の非限定的で非網羅的な実施形態は、以下の図を参照して説明され、別段の指定がない限り、様々な図を通して同様の参照番号は同様の部分を指す。

付加製造システムでの使用のための位相パターニングシステムを説明する。 直接床書き込みのための位相パターニング付加製造システムを説明する。 同時多層プリンティングをサポートする位相パターニング付加製造システムを説明する。 ビーム移動をサポートする位相パターニング付加製造システムを説明する。 フェーズドアレイラムダマジックミラー制御構造体を説明する。 ホログラフィックライトバルブ構造体を説明する。 プリント床上の画像面で定義された再フォーマットされたパターンを有するホログラフィックライトバルブ構造体を説明する。 ビームダンプ、位相又は画像パターニングシステム、及び熱エンジンをサポートする高フルエンスライトバルブベースの付加製造システムのブロック図を説明する。 高フルエンス付加製造システムを説明する。 高フルエンス付加製造システムの別の実施形態を説明する。 廃エネルギを回収し、更に利用するためのスイッチヤードアプローチを組み込んだ高フルエンス付加製造の別の実施形態を説明する。

以下の説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面では、開示が実践され得る具体的で例示的な実施形態を説明するために示されている。これらの実施形態は、当業者が本明細書に開示する概念を実践できるように十分に詳細に説明されており、本開示の範囲から逸脱することなく、開示する様々な実施形態に修正を加えることができ、その他の実施形態が利用され得ることを理解すべきである。以下の詳細な説明は、それ故、限定的な意味で解釈されるべきではない。

以下の開示では、付加製造システムは、ビームを生成するために少なくとも２つの高出力の相互にコヒーレントなレーザを含み得る。位相パターニングユニットは、２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからのビームを受け取り、その位相を変更するために使用される。少なくとも１つの位相パターン化されたビームは、プリント床でのプリント時に別のビームと混合され得る。幾つかの実施形態では、ビームは、位相パターニングユニットからの位相パターンの変化によってプリント床に対して移動させられる。他の実施形態では、位相パターニングユニットからの位相パターンは、複数の層の同時プリンティングに使用され得る。

図１Ａは、レーザ源１０２Ａ及び位相パターニングユニット１０４Ａを含む付加製造システムでの使用のための位相パターニングシステムを説明する。位相パターニングユニット１０４Ａは、付加製造システムのためのビームの方向転換又は移動１０６Ａ、直接床書き込み１０８Ａ、又は方向転換若しくは直接床書き込みの両方に使用され得る。動作中、位相パターニングシステムは、ライトバルブシステム又は付加位相修正若しくは遅延ユニットによる位相パターニングを備えたライトバルブシステムに少なくとも部分的に基づき得る。

図１Ｂは、直接床書き込みのための位相パターニング付加製造システム１００Ｂの一部分を説明する。図示されるように、２つの相互にコヒーレントなレーザユニット１０２Ｂ及び１０４Ｂは、ビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂを付加製造プリント床に夫々向ける。一実施形態では、制御された位相遅延又はパターニングは、位相遅延又はパターニングユニット１０６Ｂによって行われる。統合されたビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂは、プリントされたパターン１１０Ｂを提供するように、床で直接混合される。幾つかの実施形態では、何れのパターンもパターンと関連付けられず、プリントされたパターン１１０Ｂは、混合されたビームの数及び個別の角度に依存する。各ビームがパターン化されるそれらの実施形態では、混合はパターンの畳み込み（混合関数）を表し得る。通常、ＬＶ上の埋め込みパターンは、プリント床表面上での所望の画像のフーリエ変換である。

他の実施形態では、プリント床における結合ビームの数は２つよりも多く、各追加のビームは、所望のパターン間隔、粉末の広がりに関する配向、タイリング効果、又はパターンのアポダイジングに関するより良好な制御をもたらす。

更に他の実施形態では、単一のビームが位相パターン化され、多数の異なる経路に分割され、レンズレットアレイ又はプレノプティックシステム等のインテグラルイメージング方法を使用して床で重なり合い得る。この実施形態では、各ビームレットは自動的に互いにコヒーレントであり、１つの位相ピクセルから複数の位相ピクセルまでの一部分を含み得る。プリント床上の相互作用は、所望の物体の１つ以上の平面をプリントするために使用される所望の振幅画像を生成する。この方法についての実施形態は、タイルの溶融又はパターンの配向等のより良いパターニングのために、ビームレットの創出前に追加の画像単位の修正を可能にする。

別の実施形態では、２つ以上の初期の相互にインコヒーレントなレーザが使用され得、その１つ又は全ては、これらのレーザの内の何れか１つ又は別のより安定したレーザであり得る基準レーザに従属する。この実施形態は、相互にコヒーレントなレーザの使用を含み得る。

図１Ｃは、同時多層プリンティングをサポートする位相パターニング付加製造システム１００Ｃを説明する。図示するように、２つの相互にコヒーレントなレーザユニット１０２Ｃ及び１０４Ｃは、ビーム１０３Ｃ及び１０５Ｃを付加製造プリント床に向けることによって多層点群パターンを向けるように配置される。一実施形態では、制御された位相遅延又はパターニングは、位相遅延又はパターニングユニット１０６Ｂによって行われる。統合されたビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂは、プリントされたパターン１１０Ｂを提供するように床で直接混合される。幾つかの実施形態では、２つ、３つ、又はそれ以上の層が同時にプリントされ得る。

図１Ｄは、ビーム移動をサポートする位相パターニング付加製造システム１００Ｄを説明する。図示するように、２つの相互にコヒーレントなレーザユニット１０２Ｂ及び１０４Ｂは、ビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂを付加製造プリント床に夫々向ける。一実施形態では、制御された位相遅延又はパターニングは、位相遅延又はパターニングユニット１０６Ｂによって行われる。統合されたビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂは、プリントされたパターン１１０Ｂを提供するように床で直接混合される。ビーム１０３Ｂ及び１０５Ｂの位相遅延を変更することは、ビームの数及びそれらの角度に応じてパターンの方向の移動をもたらし得る。このことは、正確なタイルの融合を助け得る。幾つかの実施形態では、ボクセル情報を提示するために他のビームが使用されつつ、より多数の層が１つのビームを用いてプリントされ得る。

システム１００Ｄの一実施形態では、面積位相遅延が１つのビーム上で発生するため、混合中に他のビーム内の潜在的な点群のスライスがプリントされる一方、他の実施形態では離散ボクセルがプリントされる。追加の実施形態では、面積遅延又はボクセル遅延の何れかがプリント時間フレームに渡って動的に変更されため、より良好な層融合が実施される。

このアプローチの更に別の実施形態は、層間でのグレースケール修正を可能にし、したがって、グレースケールプリンティングの面積上の利点を３次元に拡張することである。

図１Ｅは、高フルエンスビームの非機械的ビーム操縦のためのフェーズドアレイとなるように構造体化されたＬＭＭを備えたフェーズドアレイラムダマジックミラー制御構造体１００Ｅを説明する。第１の実施形態２Ｅでは、ＬＭＭはビーム操縦用のフェーズドアレイとして使用される。第２の実施形態では、ＬＭＭは位相遅延層４Ｅを含む。波長λ１のグレースケールパターン化された書き込みビーム５Ｅは、ＬＭＭフェーズドアレイ構造体に入り、共振器内の制御層の屈折率に影響を与える。波長λ２のパターン化されていない高フルエンス及び高コヒーレンスビーム６ＥもＬＭＭに入り、書き込みビームによって制御されている共振器と相互作用する。書き込みビームが活性化され、制御構造体に影響を与える場合、高フルエンスビームは、ＬＭＭの影響を受ける領域に渡って位相遅延を受け、ＬＭＭに渡ってパターン化された位相遅延を受ける。（書き込みビームのグレースケールパターニングによって決定される）共振器によって与えられるコヒーレントな位相調整は、書き込みビームがグレースケール品質を含まない場合でも、高フルエンスビームが高コヒーレンスを有する場合でもないそれに対して、出射する高フルエンスビーム７Ｅを操縦することを可能にする。書き込みビームが活性化されない領域、又は高フルエンスビームのコヒーレント性が低下した領域（そのコヒーレント性の上流制御）では、ＬＭＭは高フルエンスビームに対するリフレクタとして機能し、そのエネルギは８Ｅに離れて反射される。フェーズドアレイＬＭＭのこの説明は、活性化された場合の伝送を示すが、その逆も設計できる。

実施形態９Ｅは、ＬＭＭの実施形態２Ｅの位相調整を詳細に示す。典型的な高フルエンス及び高コヒーレンスビーム１０Ｅは、書き込みビーム１１Ｅと同じ位置に到達する。同様に、ＬＭＭを横切って、対になった高フルエンスビーム及び書き込みビームの多く１２ＥはフェーズドアレイＬＭＭに入る。書き込みビームはパターン化され、グレースケール強度レベルを有するが、高フルエンスビームは同様に高いコヒーレント性を有し、互いにヌル位相関係を有する。書き込みビームは制御構造体と相互作用し、各書き込みビームの強度レベルに応じて制御構造体の屈折率に様々な修正を与える。高フルエンスビームは共振器と相互作用し、各ビームは書き込みビーム強度に応じて一定量の位相遅延又は位相進みを得る。ＬＭＭフェーズドアレイを離れると、高フルエンスビーム１３Ｅの集合体は互いに位相関係を有するようになる。一定量の伝播１４Ｅ（通常、集合体の５～１０倍の有効開口）の後、位相応答が明らかになり、高フルエンスビームは、既存の集合体のフェーザ加算である指向性１５Ｅに達する。書き込みビームの空間的及びグレースケールパターンを修正することによって、書き込みビームによる制御媒体の最大屈折率変化及び共振器の品質関数によって決定される角度範囲１６Ｅに渡ってビームは非機械的に操縦され得る。このタイプのフェーズドアレイからの高フルエンス出力は、その強度にグレースケールを含まない。

図１Ｆは、ホログラフィックＬＶ（ＨＬＶ）システム１００Ｆを説明する。図１Ｅに関して論じた実施形態と比較すると、説明するＨＬＶは、グレースケールの修正及び高フルエンスへの方向位相の付与を可能にする追加の制御構造体を含む。例示的なＨＬＶ（２Ｆ）は、幾つかの層及び構造体から構成される。透明導電性酸化物（ＴＣＯ、３Ｆ）層により、構造体を（この例では、電気的に）場で活性化することが可能になる。インピーダンス整合層（４Ｆ）により、高フルエンスビームに位相を与えるためにＥＯ層（６Ｆ）を使用することが可能になる。光伝導体（ＰＣ）構造体（５Ｆ）は、外側のＴＣＯ（３Ｆ）からＥＯ層（６Ｆ）を横切って場（この場合は電気）を転送し、ＰＣと相互作用するグレースケールパターン化されたＰＣ書き込みビームと一致するグレースケール位相画像をＬＣに与えることによって、λ１のグレースケールパターン化されたＰＣ書き込みビーム（９Ｆ）に応答する。ＬＣ層は、λ３のパターン化されていない高フルエンスビーム（１３Ｆ）にグレースケールの位相情報を与え、位相パターンが染み込んだ高フルエンスビーム（１２Ｆ）を創出する。

ＬＭＭ層（７Ｆ）は、λ２のグレースケールパターン化されたＬＭＭ書き込みビーム（１０Ｆ）に応答する。修正されたＬＭＭ層は、振幅及び位相の高フルエンスビーム（１４Ｆ）を創出するために、既に位相修正された高フルエンス（１２Ｆ）ビームにグレースケール振幅画像を与える。制御書き込みビーム（９Ｆ及び１０Ｆ）は共に、グレースケールであり、高フルエンスビームがグレースケール位相及びグレースケール振幅、又は位相のないグレースケール振幅を有することを可能にし得る。ＥＯ層及びＬＭＭ層がそれらの制御書き込みビームによって活性化されない場合、高フルエンスビームは廃棄され（１１Ｆ）、ＨＬＶを通るもたらされる高フルエンス通過の部分はオフである（暗い）。

ＨＬＶ用途の追加の例は、パターン化されていない高フルエンスビームがその上に課せられたホログラフィックフィールドを有するフルホログラフィックフィールド発生器の使用を含み、以下を含むがこれらに限定されない多種多様な用途がある。

プリント床上でビームレットをコヒーレントに再結合することによるグレースケールホログラフィックプリンティング。

位相管理された付加製造システムにおいて体積プリンティングを可能にするホログラフィック点群を生成すること。

体積プリンティング用途において、点群の他の部分と同位相又は位相外になる特定のビームレットの位相調整を調整することによって、点群のスライスを選択的にプリントすること。位相書き込みビームの動的グレースケールを使用して横方向（ｘ及びｙ）とｚ軸（深さ）との両方の動きを調整することによって、これらのビームレットが位相書き込みビームの他の部分の静的グレースケールと相互作用する場合に直線運動に変換されるであろう。これにより、他の付加製造方法では得られない、より優れたタイルと層との融合が可能になるであろう。

１つ以上の独立した出力ビームを備えたグレースケール光フェーズドアレイとしての使用。１つ又は複数のビームは、２Ｄ角度と振幅とを個別に調整され得る。高フルエンスビームは、複合的な時間応答で構成されるように構築され得るため、ビームの走査角度に関係なく、単一又は複数のビームシナリオを使用して上記のＨＬＶフェーズドアレイから飛行時間情報が取得され得る。

空間内で粒子を保持し、操作し、移動させるためのホログラフィックトラクタビーム又はビームレットとしての使用。粒子が重く、又は密度が高くなるほど、操作するトラクタビームにより高いフルエンスビームが必要になる。高フルエンスビームに対するこの用途の適用可能性は、同様にＡＭプリンティング用途で金属／セラミック／合金粉末を操作することであろう。重い／高密度の粉末の操作及び制御は、プリント体積内の必要な場所にのみに粉末を印加することによって、粉末の拡散及び粉末の拡散の完全な除去に使用され得る。

粉末を溶融するために閾値未満の高フルエンスビームを使用してプリント床上の粉末の体積を分析する際の適応型光学システムにおけるホログラフィックフィールドジェネレータの使用。もたらされる散乱場の分析は、ホログラフィックフィールドを修正するためにその後使用されるため、３Ｄ溶融パターンは、ある体積の粉末をその体積に対して所望の３Ｄ形状で溶融されるために使用され得る。分析及び融解の両方は、ＬＭＭ層を制御する制御書き込みビームでホログラフィックフィールドの強度を調整することによって、ＨＬＶで実施され得る。

図１Ｇは、ホログラフィックライトバルブシステム１００Ｇが、廃棄された光がワンステップで有用なプリンティングパターンに再フォーマットされる再フォーマットＬＶとして金属ＡＭプリンティング用途においてどのように利用できるかの一例を説明する。再フォーマットプロセスは、偏光された画像（１８Ｇ）を含む高フルエンスビーム（１７Ｇ）から開始する。このパターンが偏光子（１９Ｇ）を通過する場合に振幅画像が生み出され、プリント床に転写される高フルエンス振幅画像（２０）と、偏光子によって廃棄された光を含む廃棄画像（２１Ｇ）とを創出する。この廃棄画像は、経路（２２Ｇ）に沿って再フォーマットされるようにＨＬＶ（２３Ｇ）に入る。明確にするために、（２３Ｇ）には制御書き込みビームは示されていない。制御書き込みビームは、位相及び振幅のパターンをＥＯ層及びＬＭＭ層に課し、もたらされる所望のパターンの複合的なホログラフィックフィールド表現を生み出し、この情報は、画像リレー面（２５Ｇ）での伝播距離（２４Ｇ）に渡って（コヒーレントな位相調整を介して）それら自体を所望の再フォーマットされた画像（２６Ｇ）に組織化するＨＬＶから出現するビームレットの結果と共に、ＨＬＶに入射する廃棄されたパターンに課せられる。再フォーマットされた画像面は、そのプリンティングシステムでは通常行われているように、画像リレーシステムを使用してプリント床上にその後画像化される。伝播距離は、システムのパッケージ化を助けるための標準の４Ｆフーリエ変換システム（図示せず）を使用することによって短縮され得る。幾つかの実施形態では、画像リレー面はプリント床であり得る。

広範囲の様々な波長のレーザは、説明した位相制御システムと組み合わせて使用され得る。幾つかの実施形態では、可能なレーザの種類は、ガスレーザ、化学レーザ、色素レーザ、金属蒸気レーザ、固体レーザ（例えば、ファイバ）、半導体（例えば、ダイオード）レーザ、自由電子レーザ、ガスダイナミックレーザ、“ニッケル様”サマリウムレーザ、ラマンレーザ、又は核励起レーザを含むが、これらに限定されない。

ガスレーザは、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、キセノンイオンレーザ、窒素レーザ、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、又はエキシマレーザ等のレーザを含み得る。

化学レーザは、フッ化水素レーザ、フッ化重水素レーザ、ＣＯＩＬ（化学酸素ヨウ素レーザ）、又はＡｇｉｌ（全気相ヨウ素レーザ）等のレーザを含み得る。

金属蒸気レーザは、ヘリウムカドミウム（ＨｅＣｄ）金属蒸気レーザ、ヘリウム水銀（ＨｅＨｇ）金属蒸気レーザ、ヘリウムセレン（ＨｅＳｅ）金属蒸気レーザ、ヘリウム銀（ＨｅＡｇ）金属蒸気レーザ、ストロンチウム蒸気レーザ、ネオン銅（ＮｅＣｕ）金属蒸気レーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ、又はマンガン（Ｍｎ／ＭｎＣｌ_２）蒸気レーザ等のレーザを含み得る。ルビジウム又はその他のアルカリ金属蒸気レーザも使用され得る。固体レーザは、ルビーレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＮｄＣｒＹＡＧレーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、ネオジムＹＬＦ（Ｎｄ：ＹＬＦ）固体レーザ、ネオジムドープオルトバナジン酸イットリウム（Ｎｄ：ＹＶＯ_４）レーザ、ネオジムドープトイットリウムカルシウムオキソボレートＮｄ：ＹＣａ_４Ｏ（ＢＯ_３）^３若しくは単にＮｄ：ＹＣＯＢ、ネオジムガラス（Ｎｄ：ガラス）レーザ、チタンサファイア（Ｔｉ：サファイア）レーザ、ツリウムＹＡＧ（Ｔｍ：ＹＡＧ）レーザ、イッテルビウムＹＡＧ（Ｙｂ：ＹＡＧ）レーザ、イッテルビウム：２Ｏ_３（ガラス若しくはセラミック）レーザ、イッテルビウムドープガラスレーザ（ロッド、プレート／チップ、及びファイバ）、ホルミウムＹＡＧ（Ｈｏ：ＹＡＧ）レーザ、クロムＺｎＳｅ（Ｃｒ：ＺｎＳｅ）レーザ、セリウムドープリチウムストロンチウム（又はカルシウム）フッ化アルミニウム（Ｃｅ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ）、プロメチウム１４７ドープリン酸ガラス（１４７Ｐｍ^＋３：ガラス）固体レーザ、クロムドープクリソベリル（アレキサンドライト）レーザ、エルビウムドープアンデルビウムイッテルビウム共ドープガラスレーザ、三価ウランドープフッ化カルシウム（Ｕ：ＣａＦ_２）固体レーザ、二価サマリウムドープフッ化カルシウム（Ｓｍ：ＣａＦ_２）レーザ、又はＦ中心レーザ等のレーザを含み得る。

半導体レーザは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＯ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、鉛塩、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、量子カスケードレーザ、ハイブリッドシリコンレーザ、又はそれらの組み合わせ等のレーザ媒質タイプを含み得る。

図２は、付加製造システム２００における本明細書に開示されるような、ライトバルブの有無にかかわらない位相制御又はホログラフィックシステムの使用を説明する。一実施形態では、レーザ源２０２は、レーザプリアンプ及び／又はアンプ２０４を通じて、ライトバルブを随意に含み得る位相制御システム２０６にレーザビームを向ける。位相パターニングの後、光はプリント床２１０に向けられ得る。幾つかの実施形態では、レーザ源２０２、レーザプリアンプ及び／又はアンプ２０４、又は位相制御システム２０６からの熱又はレーザエネルギは、熱伝達装置、熱エンジン、冷却システム、及びビームダンプ２０８に能動的又は受動的に伝達され得る。ライトバルブベースの付加製造システム２００の全体的な動作は、レーザの出力及びタイミングを修正し得る１つ以上のコントローラ２２０によって制御され得る。

幾つかの実施形態では、レーザ信号に高利得を提供するために、様々なプリアンプ又はアンプ２０４が随意に使用される一方、光変調器及びアイソレータは、光損傷を軽減又は回避し、信号コントラストを改善し、システム２００のより低いエネルギ部分への損傷を防止するためにシステム全体に分配され得る。光変調器及び光アイソレータは、ポッケルスセル、ファラデー回転子、ファラデーアイソレータ、音響光学反射器、又は体積ブラッグ回折格子を含み得るが、これらに限定されない。プリアンプ又はアンプ２０４は、ダイオード励起アンプ又はフラッシュランプ励起アンプであり得、シングル及び／若しくはマルチパス又はキャビティ型アーキテクチャで構成され得る。理解されるように、ここでの用語、プリアンプは、レーザアンプ（大型）に対して、熱的に制限されない（すなわち、小型である）アンプを指すために使用される。アンプは通常、レーザシステム２００の最終ユニットであるように配置されるであろうが、熱破壊又は過剰な熱レンズを含むがこれらに限定されない熱損傷を受けやすい最初のモジュールであろう。

レーザプリアンプは、エネルギ効率をあまり気にしないシステムで使用可能なシングルパスプリアンプを含み得る。よりエネルギ効率の高いシステムの場合、次の段階に進む前に各プリアンプ２０４からエネルギの大部分を抽出するようにマルチパスプリアンプが構成され得る。特定のシステムに必要なプリアンプ２０４の数は、システム要件及び各アンプモジュールで利用可能な蓄積エネルギ／利得によって定義される。マルチパスプリ増幅は、（例えば、波長板又はファラデー回転子を使用して）角度多重化又は偏光スイッチングによって実現される。

或いは、プリアンプは、再生アンプタイプの構成を有するキャビティ構造体を含み得る。こうしたキャビティ構造体は、典型的な機械的考慮事項（キャビティの長さ）に起因して最大パルス長を制限し得るが、幾つかの実施形態では、“ホワイトセル”キャビティが使用され得る。“ホワイトセル”は、各パスに小さな角度偏差が追加されるマルチパスキャビティアーキテクチャである。入口及び出口の経路を設けることによって、こうしたキャビティは入口と出口の間に非常に多くのパスを有するように設計され得、アンプの大きな利得と効率的な使用を可能にする。ホワイトセルの一例は、軸からわずかに外れたビームが入射され、何度も通過した後に反射がミラー上にリングパターンを創出するようにミラーが傾けられた共焦点キャビティであろう。入射角度及びミラー角度を調整することによって、パスの数を変更できる。

アンプは、ダイオード励起であろうとフラッシュランプ励起であろうと、システムに必要な繰り返し率での動作を可能にするための十分な熱管理をサポートしつつ、システムエネルギ要件を満たすのに十分な蓄積エネルギを提供するためにも使用される。動作中に生成される熱エネルギ及びレーザエネルギは共に、熱伝達装置、熱エンジン、冷却システム、及びビームダンプ２０８に向けられ得る。

アンプは、シングルパス及び／若しくはマルチパス又はキャビティ型アーキテクチャで構成され得る。アンプは、エネルギ効率をあまり気にしないシステムで使用可能なシングルパスアンプを含み得る。よりエネルギ効率の高いシステムの場合、次の段階に進む前に各アンプから多くのエネルギを抽出するようにマルチパスアンプが構成され得る。特定のシステムに必要なアンプの数は、システム要件と各アンプモジュールで利用可能な蓄積エネルギ／利得によって定義される。マルチパスプリ増幅は、角度多重化、偏光スイッチング（波長板、ファラデー回転子）を通じて実現され得る。或いは、アンプは、再生アンプタイプの構成を備えたキャビティ構造体を含み得る。プリアンプに関して論じたように、アンプは電力増幅に使用され得る。

幾つかの実施形態では、システム２００の動作中に生成された熱エネルギ及びレーザエネルギは、熱伝達装置、熱エンジン、冷却システム、及びビームダンプ２０８に向けられ得る。代替的又は追加的に、幾つかの実施形態では、ビームダンプ２０８は、他の産業プロセスに有用な熱を提供するための熱伝達システムの一部であり得る。更に他の実施形態では、機械的、熱電的、又は電力を生成するのに適した熱エンジンに動力を供給するために、熱は使用され得る。幾つかの実施形態では、接続されたコンポーネントの温度を上昇させるために廃熱が使用され得る。理解されるように、このアーキテクチャでは、適切な熱管理と光絶縁とを備えたより多くのプリアンプ及びアンプを追加することによって、レーザ束及びエネルギがスケーリングされ得る。冷却システムの熱除去特性の調整は、性能を調整するためにポンプ速度の増加又は冷却効率の変更を使用することで可能である。

図３は、本開示で説明するような位相制御システムに適応し得る付加製造システム３００を説明する。図３に見られるように、レーザ源及びアンプ３１２は、位相制御システム、ライトバルブ、並びに前述したようなレーザアンプ及びその他のコンポーネントを含み得る。図３に説明するように、付加製造システム３００は、レーザパターニングシステム３１０の一部として一次元又は二次元の指向性エネルギを提供できるレーザを使用する。幾つかの実施形態では、位相パターン又はホログラフィック画像が向けられ得る。他の実施形態では、一次元パターニングは、直線状又は曲線状のストリップとして、ラスター線として、螺旋状の線として、又は任意のその他の適切な形態で向けられ得る。分離されたタイル若しくは重なり合ったタイル、又はレーザ強度が変化する画像を用いて、二次元又は三次元の位相又は画像パターニングの実施形態も可能である。非正方形の境界を有する二次元又は三次元の位相パターン又は画像パターンを使用でき、画像の重なり又は相互貫入を使用でき、画像は２つ以上のエネルギパターニングシステムによって提供され得る。レーザパターニングシステム３１０は、１つ以上の連続的又は断続的なエネルギビームをビーム整形光学系３１４に向けるためにレーザ源及びアンプ３１２を使用する。整形後、必要に応じて、ビームは、透過型又は反射型のライトバルブの何れかを含み得るレーザパターニングユニット３１６によってパターン化され、一般的に、幾らかのエネルギは廃棄エネルギ処理ユニット３１８に向けられる。廃棄エネルギ処理ユニットは、ライトバルブの冷却の活性化によって提供される熱を利用し得る。

位相又は画像パターン化されたエネルギは、一実施形態では、床３４６の近くに焦点を合わせた二次元画像３２２として、画像リレー３２０によって物品処理ユニット３４０に向けて中継される。床３４６（任意の壁３４８を有する）は、材料ディスペンサ３４２によって吐出された材料３４４（例えば、金属粉末）を含むチャンバを形成し得る。画像リレー３２０によって向けられたパターン化されたエネルギは、所望の特性を有する構造体を形成するように、吐出された材料３４４を溶融し得、融合し得、焼結し得、結合し得、結晶構造を変化させ得、応力パターンに影響を与え得、又はその他の方法で化学的又は物理的に修正し得る。制御プロセッサ３５０は、レーザ源及びアンプ３１２、ビーム整形光学系３１４、レーザパターニングユニット３１６、及び画像リレー３２０、並びにシステム３００の任意のその他のコンポーネントの動作を調整するために、様々なセンサ、アクチュエータ、加熱又は冷却システム、モニタ、及びコントローラに接続され得る。理解されるように、接続は、有線又は無線、連続的又は断続的であり得、フィードバック機能を含み得る（例えば、センシングされた温度に応じて加熱が調整され得る）。

幾つかの実施形態では、ビーム整形光学系３１４は、結合、焦点合わせ、発散、反射、屈折、均質化、強度調整、周波数調整する、又はその他の方法で、レーザ源及びアンプ３１２から受け取った１つ以上のレーザビームを整形してレーザパターニングユニット３１６に向けるための非常に多様な結像光学系を含み得る。一実施形態では、異なる光波長を各々有する複数の光ビームは、波長選択ミラー（例えば、ダイクロイック）又は回折素子を使用して組み合わされ得る。他の実施形態では、複数のビームは、多面ミラー、マイクロレンズ、及び屈折又は回折光学素子を使用して均質化又は結合され得る。

レーザパターニングユニット３１６は、位相、画像、静的又は動的エネルギパターニング素子を含み得る。例えば、レーザビームは、固定又は可動素子を備えたマスクによってブロックされ得る。画像パターン化の柔軟性と容易性とを高めるために、ピクセルアドレッシング可能なマスキング、画像生成、又は送信が使用され得る。幾つかの実施形態では、レーザパターニングユニットは、アドレッシング可能なライトバルブを単独で、又はパターニングを提供するための他のパターニングメカニズムと併せて含む。ライトバルブは、透過型、反射型であり得、又は透過型素子と反射型素子との組み合わせを使用し得る。位相又は画像パターンは、電気的又は光学的アドレッシングを使用して動的に修正され得る。一実施形態では、透過型の光学的にアドレッシングされたライトバルブは、バルブを通過する光の偏光を回転させるように作用し、光学的にアドレッシングされたピクセルは、投光源によって画定されたパターンを形成する。別の実施形態では、反射型の光学的にアドレッシングされたライトバルブは、読み出しビームの偏光を修正するための書き込みビームを含む。幾つかの実施形態では、非光学的にアドレッシングされたライトバルブが使用され得る。これらは、電気的にアドレッシング可能なピクセル素子、可動ミラー若しくはマイクロミラーシステム、圧電若しくは微小駆動光学システム、固定若しくは可動マスク、若しくはシールド、又は高強度光パターニングを提供できる任意のその他の従来のシステムを含み得るが、これらに限定されない。

廃棄エネルギ処理ユニット３１８は、パターン化されて画像リレー３２０を通過しないエネルギを分散し、方向転換し、又は利用するために使用される。一実施形態では、廃棄エネルギ処理ユニット３１８は、レーザ源、ライトバルブ、及びアンプ３１２と、レーザパターニングユニット３１６との両方から熱を除去する受動的又は能動的な冷却素子を含み得る。他の実施形態では、廃棄エネルギ処理ユニットは、レーザパターンを画定する際に使用されなかった任意のビームエネルギを吸収して熱に変換するための“ビームダンプ”を含み得る。更に他の実施形態では、廃棄されたレーザビームエネルギは、ビーム整形光学系３１４を使用してリサイクルされ得る。代替的又は追加的に、廃棄されたビームエネルギは、加熱又は更なるパターニングのために物品処理ユニット３４０に向けられ得る。幾つかの実施形態では、廃棄されたビームエネルギは、追加のエネルギパターニングシステム又は物品処理ユニットに向けられ得る。

一実施形態では、“スイッチヤード”スタイルの光学システムが使用され得る。スイッチヤードシステムは、プリントされるパターンに起因する不要な光の廃棄によって生じるような付加製造システムにおける光の無駄を減らすのに適している。スイッチヤードは、その生成（この場合、空間パターンが構造化又は非構造化されたビームに与えられるときの平面）から、一連のスイッチヤードを通じたその照射までの複合的なパターンの方向転換を伴う。各スイッチポイントは、入射ビームの空間プロファイルを随意に修正し得る。スイッチヤード光学システムは、例えば、マスクが光に適用されるレーザベースの付加製造技術において利用され得るが、これに限定されない。有利には、本開示に従った様々な実施形態では、捨てられたエネルギは、均質化された形態で、又は高い電力効率若しくは高いスループットレートを維持するために使用されるパターン化された光としてリサイクルされ得る。更に、捨てられたエネルギは、より困難な素材をプリントするために強度を高めるためにリサイクル及び再利用され得る。

画像リレー３２０は、レーザパターニングユニット３１６から直接又はスイッチヤードを通じて（一次元又は二次元の何れかの）パターン化された画像を受け取り得、それを物品処理ユニット３４０にガイドし得る。ビーム整形光学系３１４と同様の方法で、画像リレー３２０は、パターン化された光を組み合わせ、焦点を合わせ、発散させ、反射し、屈折させ、強度を調整し、周波数を調整し、又はその他の方法で整形して向けるための光学系を含み得る。パターン化された光は、実質的な物理的移動を必要としない可動ミラー、プリズム、回折光学素子、又はソリッドステート光学システムを使用して向けられ得る。複数のレンズアセンブリの内の１つは、倍率比を有する入射光を提供するように構成され得、レンズアセンブリは光学レンズの第１のセットと光学レンズの第２のセットの両方であり、光学レンズの第２のセットはレンズアセンブリから交換可能である。補償ガントリに搭載されたミラーの１つ以上のセットとビルドプラットフォームガントリに搭載された最終ミラーとの回転は、プリカーサミラーからの入射光を所望の位置に向けるために使用され得る。補償ガントリ及びビルドプラットフォームガントリの並進運動は、物品処理ユニット３４０のプリカーサミラーからの入射光の距離が画像距離と実質的に等しいことを保証することもできる。実際、これにより、システムの高可用性を確保しながら、様々な材料の構築領域の位置に渡って光ビームの照射サイズと強度とを迅速に変更可能になる。

物品処理ユニット３４０は、（集合的にビルドチャンバを画定する）壁で囲まれたチャンバ３４８及び床３４４と、材料を分配するための材料ディスペンサ３４２とを含み得る。材料ディスペンサ３４２は、分配し得、除去し得、混合し得、材料の種類若しくは粒子サイズに段階的変化若しくは変更を提供し得、又は材料の層の厚さを調整し得る。材料は、金属、セラミック、ガラス、ポリマー粉末、固体から液体へそして再び戻る熱的に誘発される相変化を受けることが可能なその他の溶融性の材料、又はそれらの組み合わせを含み得る。材料は、溶融性材料と非溶融性材料の複合材料を更に含み得、非溶融性の材料に沿って残し、又は該材料に蒸発／破壊／燃焼又はその他の破壊的なプロセスを引き起こしつつ、溶融性の成分を溶融するために画像リレーシステムによって何れか又は両方の成分が選択的にターゲットにされ得る。幾つかの実施形態では、材料のスラリー、スプレー、コーティング、ワイヤ、ストリップ、又はシートが使用され得る。不要な材料は、送風機、真空システム、掃除、振動、振盪、転倒、又は床３４６の反転の使用によって、使い捨て又はリサイクルのために除去され得る。

材料処理コンポーネントに加えて、物品処理ユニット３４０は、３Ｄ構造体を保持及び支持するためのコンポーネント、チャンバを加熱又は冷却するためのメカニズム、補助又はサポート光学系、及び材料又は環境条件を監視又は調整するためのセンサ及び制御メカニズムを含み得る。物品処理ユニットは、望ましくない化学的相互作用を軽減すると共に、（特に反応性金属での）火災又は爆発のリスクを緩和するために、全体的又は部分的に、真空又は不活性ガス雰囲気をサポートし得る。幾つかの実施形態では、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、ＳＦ６、ＣＨ４、ＣＯ、Ｎ２Ｏ、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ｉ－Ｃ４Ｈ１０、Ｃ４Ｈ１０、１－Ｃ４Ｈ８、ｃｉｃ－２，Ｃ４Ｈ７、１，３－Ｃ４Ｈ６、１，２－Ｃ４Ｈ６、Ｃ５Ｈ１２、ｎ－Ｃ５Ｈ１２、ｉ－Ｃ５Ｈ１２、ｎ－Ｃ６Ｈ１４、Ｃ２Ｈ３Ｃｌ、Ｃ７Ｈ１６、Ｃ８Ｈ１８、Ｃ１０Ｈ２２、Ｃ１１Ｈ２４、Ｃ１２Ｈ２６、Ｃ１３Ｈ２８、Ｃ１４Ｈ３０、Ｃ１５Ｈ３２、Ｃ１６Ｈ３４、Ｃ６Ｈ６、Ｃ６Ｈ５－ＣＨ３、Ｃ８Ｈ１０、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＨ３ＯＨ、ｉＣ４Ｈ８を含む純粋な又は混合のその他の雰囲気が使用され得る。幾つかの実施形態では、冷媒又は大きな不活性分子（六フッ化硫黄を含むがこれに限定されない）が使用され得る。選択された割合の不活性／非反応性ガスと共に、体積（又は数密度）で少なくとも約１％のＨｅを有する筐体雰囲気組成が使用され得る。

幾つかの実施形態では、粉末床を保持するためのビルドプラットフォームを各々有する複数の物品処理ユニット又はビルドチャンバが、１つ以上の入射エネルギを受け取ってビルドチャンバに向けるように配置された複数の光学機械アセンブリと併せて使用され得る。複数のチャンバにより、１つ以上のビルドチャンバ内で１つ以上のプリントジョブを同時にプリントすることが可能になる。他の実施形態では、取り外し可能なチャンバ側壁により、ビルドチャンバからプリントされた物体を簡単に取り出すことができ、粉末材料の迅速な交換を可能にする。チャンバには、調整可能なプロセス温度制御装置も装備され得る。更に他の実施形態では、ビルドチャンバは、レーザ光学系の近くに配置可能な取り外し可能なプリンタカートリッジとして構成され得る。幾つかの実施形態では、取り外し可能なプリンタカートリッジは、粉末を含み得、又は粉末供給源への取り外し可能な接続をサポートし得る。製品の製造後、取り外し可能なプリンタカートリッジは、取り外され得、新しいプリンタカートリッジと交換され得る。

別の実施形態では、１つ以上の物品処理ユニット又はビルドチャンバは、固定の高さに維持されるビルドチャンバを有し得る一方、光学系は垂直に移動可能である。レンズアセンブリの最終光学系と粉末床の上面との間の距離は、ビルドプラットフォームを固定の高さに保ちながら、最終光学系を粉末層の厚さに等しい距離だけ上向きに動かすことによって、本質的に一定になるように管理され得る。有利なことに、ビルドプラットフォームの絶えず変化する質量の正確なミクロンスケールの移動が必要ないため、ビルドプラットフォームを垂直に移動させる場合と比較して、大きくて重い物体をより容易に製造し得る。通常、体積が約０．１～０．２立方メートルを超える（すなわち、１００～２００リットルを超える、又は５００～１，０００ｋｇよりも重い）金属粉末を対象としたビルドチャンバでは、ビルドプラットフォームを固定の高さに保つことで最も利益が得られる。

一実施形態では、粉末床の層の一部分は、ビルドプラットフォーム上の粉末床の層の別の部分を含むように粉末床の層の融合部分から１つ以上の一時的な壁を形成するために選択的に溶融又は融合され得る。選択された実施形態では、熱管理を改善可能にするために、１つ以上の第１の壁に流体通路が形成され得る。

幾つかの実施形態では、付加製造システムは、ホッパー内で粉末床をビルドプラットフォームから実質的に分離するために、傾斜、反転、及び振動可能な粉末床を支持するビルドプラットフォームを備えた物品処理ユニット又はビルドチャンバを含み得る。粉末床を形成する粉体材料は、後のプリントジョブでの再利用のためにホッパー内に収集され得る。粉末収集プロセスは自動化され得、粉末の移動及び除去を助けるためにバキューミング又はガスジェットシステムも使用され得る。

幾つかの実施形態では、付加製造システムは、利用可能なビルドチャンバよりも長い部品を容易に取り扱うように構成され得る。連続した（長い）部品は、第１のゾーンから第２のゾーンまで長手方向に順次前進させられ得る。第１のゾーンでは、粒状材料の選択された顆粒が結合させられ得る。第２のゾーンでは、粒状材料の未結合の顆粒が除去され得る。連続した部品の最初の部分は、第２のゾーンから第３のゾーンに前進させられ得る一方、連続した部品の最後の部分は第１のゾーン内に形成され、最初の部分は、最初の部分が第１のゾーン及び第２のゾーン内に占めた横方向及び横断方向の同じ位置に維持される。実際、付加製造とクリーンアップ（例えば、未使用又は未結合の粒状材料の分離及び／又は再生）とは、部品コンベア上の異なる位置又はゾーンで並行して（すなわち、同時に）実施され得、粒状材料及び／又は部品を除去のために停止する必要がない。

別の実施形態では、付加製造能力は、筐体の内部と筐体の外部との間のガス状物質の交換を制限する筐体の使用によって向上させ得る。エアロックは、内部と外部の間のインターフェースを提供し、内部は、粉末床融合をサポートするチャンバを含む複数の付加製造チャンバを有する。ガス管理システムは、内部のガス状酸素を限界酸素濃度以下に維持し、システムで使用され得る粉末の種類と処理との柔軟性を高める。

別の製造の実施形態では、筐体内に物品処理ユニット又はビルドチャンバを収容することによって能力を向上させ得、ビルドチャンバは、２，０００キログラム以上の重量を有する部品を創出できる。ガス管理システムは、筐体内のガス状酸素を大気レベル未満の濃度に維持し得る。幾つかの実施形態では、エアロックは筐体内の気体環境と筐体外の気体環境との間を緩衝するように動作するため、車両は筐体の内側からエアロックを通って、筐体及びエアロックの両方の外側の位置に部品を輸送し得る。

他の製造の実施形態は、粉末床からリアルタイムで粉末サンプルを収集することを伴う。インジェスタシステムは、粉末サンプルの工程内収集と特性評価に使用される。収集は定期的に実施され得、特性評価の結果により粉末床融合プロセスが調整される。インジェスタシステムは、随意に、監査、プロセス調整、又はプリンタパラメータの修正若しくは認可された粉末材料の適切な使用の確認等のアクションの内の１つ以上に使用され得る。

付加製造プロセスの更に別の改善は、人間にとって説明する移動が困難又は不可能であろう部品の操作を可能にするクレーン、リフティングガントリ、ロボットアーム、又は同様のもの等のマニピュレータデバイスの使用によって提供され得る。マニピュレータデバイスは、部品の位置変更又は操縦を可能にするように、部品上の様々な恒久的又は一時的な付加製造操作点を把持し得る。

制御プロセッサ３５０は、レーザ、レーザアンプ、光学系、熱制御装置、ビルドチャンバ、及びマニピュレータデバイスを含む、本明細書に説明する付加製造システム３００の任意のコンポーネントを制御するために接続され得る。制御プロセッサ３５０は、動作を調整するために、様々なセンサ、アクチュエータ、加熱又は冷却システム、モニタ、及びコントローラに接続され得る。イメージャ、光強度モニタ、熱センサ、圧力センサ、ガスセンサを含む幅広いセンサは、制御又は監視に使用される情報を提供するために使用され得る。制御プロセッサは単一の中央コントローラであり得、或いは、１つ以上の独立した制御システムを含み得る。コントローラプロセッサ３５０には、製造命令の入力を可能にするためのインターフェースが設けられる。幅広いセンサの使用により、品質、製造スループット、エネルギ効率を向上させる様々なフィードバック制御メカニズムが可能になる。

付加製造又は減法製造に適した位相パターン化されたレーザエネルギの使用をサポートする製造システムの動作の一実施形態が図４に説明されている。この実施形態では、フローチャート４００は、説明する光学コンポーネント及び機械コンポーネントによってサポートされる製造プロセスの一実施形態を説明する。ステップ４０２において、材料が床、チャンバ、又はその他の適切な支持体に配置される。材料は、減法製造技術を使用したレーザ切断用の金属プレート、又は所望の特性を有する構造体を形成するために付加製造技術によって溶融され、融合され、焼結され、結晶構造に変化を誘発し、応力パターンに影響を与え、又はその他の方法で化学的又は物理的に修正することができる粉末であり得る。

ステップ４０４において、パターン化されていないレーザエネルギが、固体レーザ又は半導体レーザを含むがこれらに限定されない１つ以上のエネルギエミッタによって放射され、次いで、１つ以上のレーザアンプによって増幅される。ステップ４０６において、パターン化されていないレーザエネルギは整形及び修正される（例えば、強度変調又は集束される）。ステップ４０８において、このパターン化されていないレーザエネルギは、位相パターニングユニットによってパターン化され、これは、ステップ４１０において処理される位相又は画像パターンの一部を形成しないエネルギでのライトバルブの使用を随意に含み得る（これは、パターン化された又はパターン化されていないエネルギとしてリサイクルする廃熱、又はステップ４０４においてレーザアンプを冷却することによって生成された廃熱への変換を提供する、図２及び図３に関して開示したようなビームダンプの使用を含み得る）。ステップ４１２において、一次元又は二次元の画像をここで形成しているパターン化されたエネルギが材料に向けて中継される。ステップ４１４において、画像が材料に印加され、３Ｄ構造体の一部分を減法的に処理し、又は加法的に構築する。付加製造の場合、材料の最上層の全ての必要な領域に画像（又は別の後続の画像）が印加されるまで、これらのステップは繰り返えされ得る（ループ４１６）。材料の最上層へのエネルギの印加が終了した場合、３Ｄ構造体の構築を続けるために新たな層が印加され得る（ループ４１８）。これらのプロセスのループは、３Ｄ構造体が完成するまで継続され、完成すると、残りの余分な材料は除去又はリサイクルされ得る。

図５は、位相及び／又は画像パターニングユニットと、位相又は画像パターン化された二次元エネルギの再利用を可能にするスイッチヤードシステムとを含む付加製造システムの一実施形態である。付加製造システム５２０は、１つ以上の連続的又は断続的なレーザビームをビーム整形光学系５１４に向けるレーザ及びアンプ源５１２を備えたエネルギパターニングシステムを有する。余分な熱は、図１Ａ～図１Ｄ、図２、図３、及び図４に関して開示したようなアクティブライトバルブ冷却システムを含み得る廃棄エネルギ処理ユニット５２２に伝達され得る。整形後、ビームはレーザ位相パターニングユニット５３０によって二次元にパターン化され、一般的に、幾らかのエネルギは廃棄エネルギ処理ユニット５２２に向けられる。パターン化されたエネルギは、通常、可動の又は固定の高さの床の近くに焦点を合わせた二次元画像として、複数の画像リレー５３２の内の１つによって１つ以上の物品処理ユニット５３４Ａ、５３４Ｂ、５３４Ｃ、又は５３４Ｄに向けて中継される。床は、粉末ホッパー又は同様の材料ディスペンサを含むカートリッジ内にあり得る。画像リレー５３２によって向けられたパターン化されたレーザビームは、所望の特性を有する構造体を形成するために、吐出された材料を溶融し得、融合し得、焼結し得、結合し得、結晶構造を変化させ得、応力パターンに影響を与え得、又はその他の方法で化学的又は物理的に修正し得る。

この実施形態では、廃棄エネルギ処理ユニットは、廃棄されたパターン化されたエネルギの再利用を可能にするための複数のコンポーネントを有する。レーザアンプ及び源５１２からの冷却流体は、発電機５２４、加熱／冷却熱管理システム５２５、又はエネルギダンプ５２６の内の１つ以上に向けられ得る。また、リレー５２８Ａ、５２８Ｂ、及び５２８Ｃは、発電機５２４、加熱／冷却熱管理システム５２５、又はエネルギダンプ５２６にエネルギを夫々伝達し得る。随意に、リレー５２８Ｃは、更なる処理のために、パターン化されたエネルギを画像リレー５３２に向け得る。他の実施形態では、パターン化されたエネルギは、レーザ及びアンプ源５１２によって提供されるレーザビームへの挿入のために、リレー５２８Ｃによってリレー５２８Ｂ及び５２８Ａに向けられ得る。パターン化された画像の再利用も、画像リレー５３２を使用して可能である。画像は、１つ以上の物品処理ユニット５３４Ａ～Ｄに分配するために、方向転換され得、反転され得、ミラーリングされ得、サブパターン化され得、又はその他の方法で変換され得る。有利なことに、パターン化された光の再利用は、付加製造プロセスのエネルギ効率を向上させ得、場合によっては、床に向けられるエネルギ強度を向上させ得、又は製造時間を短縮し得る。

前述の説明及び関連する図面に提示された教示の恩恵を受ける当業者であれば、発明の多くの修正物及びその他の実施形態が思い浮かぶであろう。それ故、発明は開示された具体的な実施形態に限定されるものではなく、修正物及び実施形態は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。本発明のその他の実施形態は、本明細書に特に開示されていない要素／ステップがなくても実践され得ることも理解される。

Claims (36)

1. ビームを生成するための少なくとも２つの高出力レーザと、
   前記２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからのビームを受け取り、その位相を変更するための位相パターニングユニットと
   を含み、
   少なくとも１つの位相パターン化されたビームと別のビームとの混合がプリント床で生じる、
   付加製造システム。
2. 前記２つの高出力レーザは相互にコヒーレントである、請求項１に記載の付加製造システム。
3. ビームを生成するために３つ以上のレーザが使用される、請求項１に記載の付加製造システム。
4. 各レーザのビーム全体に渡って位相変化が生じる、請求項１に記載の付加製造システム。
5. 位相変化は、各ビームに印加されるピクセル化された画像として生じる、請求項１に記載の付加製造システム。
6. 前記プリント床で他のビームと重なり合う角度を調整し、前記プリント床で前記他のビームとなす角度の数及びセットに関連するパターンを生み出ことによって各ビームに位相変化が生じる、請求項１に記載の付加製造システム。
7. 前記２つの高出力レーザは、相互のコヒーレント性を高めるためにマスタオシレータ光アンプ（ＭＯＰＡ）光回路を通じて互いに結合される、請求項１に記載の付加製造システム。
8. 各ビーム上の位相パターニングは、多数の別個のビームに分割され、前記プリント床上に所望のパターンを形成するようにビームレットのアレイがコヒーレントに混合するレンズレット又はプレノプティックイメージングを使用して前記床に伝達される、請求項１に記載の付加製造システム。
9. ビームは、複合的な体積位相情報を用いてホログラフィックにパターン化される、請求項１に記載の付加製造システム。
10. ホログラフィックにパターン化されたビームは、２つ以上の層を同時にプリント可能にするために前記プリント床でコヒーレントに混合する、請求項９に記載の付加製造システム。
11. １つ以上のビームは、他のホログラフィックにパターン化されたビームと前記プリント床でコヒーレントに混合し、選択された１つ又は複数の層をプリント可能にするための面積位相遅延を含む、請求項９に記載の付加製造システム。
12. １つ以上のビームは、選択されたボクセルがプリントされる前記プリント床でのコヒーレントな混合を可能にするためのピクセル単位の位相遅延を含む、請求項９に記載の付加製造システム。
13. 前記面積位相遅延は、動的なぼかし及びタイル間の融合を可能にするためにプリント時間フレームに渡って変化する、請求項９に記載の付加製造システム。
14. ピクセル単位の位相遅延は、より良好な層間の融合のために動的なボクセルぼかしを可能にするための体積プリンティングのために時間の経過と共に変化する、請求項１０に記載の付加製造システム。
15. ビームは、層間のグレースケールパターニングを可能にするように構成される、請求項１０に記載の付加製造システム。
16. ビームは、前記位相パターニングユニットからの位相パターンの変化によって、前記プリント床に対して移動させられる、請求項１に記載の付加製造システム。
17. 前記位相パターニングユニットからの位相パターンは、複数の層の同時プリンティングをもたらす、請求項１に記載の付加製造システム。
18. 少なくとも幾つかのビームが部分的に混合されたビームを生成するための少なくとも２つの高出力レーザと、
    前記２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからのビームを受け取り、その位相を変更するための位相パターニングユニットと
    を含み、
    少なくとも１つの位相パターン化されたビームと別のビームとの混合がプリント床で生じ、少なくとも幾つかの未混合のビームは、更なるビームパターン化を提供するためにリサイクルされる、
    レーザ出力をリサイクルする付加製造システム。
19. 少なくとも幾つかの二次元画像形成ビームが再利用又は位相混合のためにスイッチヤードシステムによって方向転換される二次元画像形成ビームを生成するための少なくとも２つの高出力レーザと、
    前記２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからの二次元画像形成ビームを受け取り、その位相を変更するための位相パターニングユニットと
    を含み、
    少なくとも１つの位相パターン化されたビームの別のビームとの混合はプリント床で生じる、
    レーザ出力を方向転換する付加製造スイッチヤードシステム。
20. 少なくとも２つの高出力レーザを使用してビームを生成することと、
    前記２つの高出力レーザの内の少なくとも１つからのビームを受け取り、その位相を変更するように位相パターニングユニットを配置することと、
    少なくとも１つの位相パターン化されたビームをプリント床で別のビームと混合すること
    を含む、付加製造方法。
21. 前記２つの高出力レーザは相互にコヒーレントである、請求項２０に記載の付加製造方法。
22. ビームを生成するために３つ以上のレーザが使用される、請求項２０に記載の付加製造方法。
23. 各レーザのビーム全体に渡って位相変化が生じる、請求項２０に記載の付加製造方法。
24. 位相変化は、各ビームに印加されるピクセル化された画像として生じる、請求項２０に記載の付加製造方法。
25. 前記プリント床で他のビームと重なり合う角度を調整し、前記プリント床で前記他のビームとなす角度の数及びセットに関連するパターンを生み出すことによって各ビームに位相変化が生じる、請求項２０に記載の付加製造方法。
26. 前記２つの高出力レーザは、相互のコヒーレント性を高めるためにマスタオシレータ光アンプ（ＭＯＰＡ）光回路を通じて互いに結合される、請求項２０に記載の付加製造方法。
27. 各ビーム上の位相パターニングは、多数の別個のビームに分割され、前記プリント床上に所望のパターンを形成するようにビームレットのアレイがコヒーレントに混合するレンズレット又はプレノプティックイメージングを使用して前記床に伝達される、請求項２０に記載の付加製造方法。
28. ビームは、複合的な体積位相情報を用いてホログラフィックにパターン化される、請求項２０に記載の付加製造方法。
29. ホログラフィックにパターン化されたビームは、２つ以上の層を同時にプリント可能にするために前記プリント床でコヒーレントに混合する、請求項２８に記載の付加製造方法。
30. １つ以上のビームは、他のホログラフィックにパターン化されたビームと前記プリント床でコヒーレントに混合し、選択された１つ又は複数の層をプリント可能にするための面積位相遅延を含む、請求項２８に記載の付加製造方法。
31. １つ以上のビームは、選択されたボクセルがプリントされる前記プリント床でのコヒーレントな混合を可能にするためのピクセル単位の位相遅延を含む、請求項２８に記載の付加製造方法。
32. 前記面積位相遅延は、動的ぼかし及びタイル間の融合を可能にするためにプリント時間フレームに渡って変化する、請求項２８に記載の付加製造方法。
33. ピクセル単位の位相遅延は、より良好な層間の融合のために動的ボクセルぼかしを可能にするための体積プリンティングのために時間の経過と共に変化する、請求項２９に記載の付加製造方法。
34. ビームは、層間のグレースケールパターニングを可能にするように構成される、請求項２９に記載の付加製造方法。
35. ビームは、前記位相パターニングユニットからの位相パターンの変化によって前記プリント床に対して移動させられる、請求項２０に記載の付加製造方法。
36. 前記位相パターニングユニットからの前記位相パターンは、複数の層の同時プリンティングをもたらす、請求項２０に記載の付加製造方法。