JP4964747B2 - 三次元物体の層状製造のための装置およびその光学系の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元物体をその物体に対応する各層の位置で造形材料の層状固化によって製造する装置に関し、及びその光学系の調整方法に関する。

造形材料をレーザビームによって固化するような装置は、例えば、レーザ焼結装置として知られている。エネルギ源から出射されたビームは、造形材料を固化するために、スキャナを介して、造形平面内の選択された位置に、選択的に導かれる。そのような装置を適切に働かせるために、ビーム通路の正確な調整が必要である。ビーム通路の調整は、ビームによる損傷を避けるために、非常に注意深く行われなければならない。更に、周知のレーザ焼結装置において、レーザの出口とスキャナの入口との間でレーザビームの偏向が繰り返され、所望の特性のレーザビームを達成するために折り曲げられる。しかしながら、ビーム通路の調整は手間がかかり高価である、という問題が起こる。

特許文献１において、レーザ焼結装置を有する、三次元物体の層状製造のための装置が記載されている。この装置において、粉末状の造形材料が処理される。粉末状の材料の層の塗工のために、粉末塗工装置、コンベヤローラ、及び供給シュートを有する装置が備えられる。

特許文献２において、レーザ焼結装置から成る、三次元物体を製造する装置が記載されている。交換できる容器が記載され、ワークピース・プラットフォームがその容器の底として合体されている。交換できる容器が装置から移動され得、結合装置が装置内に備えられ、その結合装置は装置内に容器を搭載し、ワークピース・プラットフォームを駆動装置に接続するために役立つ。

ＤＥ １０ ２００５ ０１６ ９４０ Ａ１ ＷＯ ００／２１７３６ Ａ１

本発明の目的は、レーザ通路の調整が簡単で、実施する人の手間をもっと省くことが可能な、最初に記載した型の装置及び方法を提供することにある。更に、光学要素は、十分に長い自由ビーム通路を有する狭い空間に配置されるだろう。

その目的は、請求項１に係る装置及び請求項１２又は１７に係る方法によって達成される。有利な更なる展開は、従属請求項において提供される。

閉じた空間内でビームを案内し、外部から偏向ミラー用の調整機構を備えることによって、ビーム通路の楽で手間が省ける調整が可能である。装置内にアパーチャ要素を設けることで、簡単な調整が可能になる。

ビームをレーザからスキャナへ一度だけ偏向することによって、ほんの数個の構成要素の位置合わせを調整するなどの少ないステップでの調整が可能となる。従って、設置や保守行為の作業時間が節約される。ほんの一度だけの偏向にもかかわらず、適切なビーム特性のためのレーザとスキャナとの間の十分な長さが、機械枠でレーザの垂直配置によって達成され得る。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面に基づく実施の形態の説明から現れる。

次の図１乃至図５に関して、造形材料の層状の固化によって三次元物体を製造するための装置の基本的な構成が説明され、一実施の形態によれば、レーザ焼結装置として構成される。三次元物体の製造のための装置において、造形材料の層は、次々に互いに塗工され、各層において製造されるべき物体に対応する各層内の位置は、その後の層の塗工の前に、選択的に固化される。記述される実施の形態において、粉末状の造形材料が使用され、その造形材料は選択された位置でのエネルギ・ビームの作用によって固化される。記述された実施の形態において、粉末状の造形材料は、レーザビームを用いて選択された位置で局所的に熱せられ、焼結又は溶融によって造形材料の近傍の粉末同士が接合される。

図１に示されるように、レーザ焼結装置は光学系を有し、光学系の構成要素は、機械枠の構成要素に取り付けられている。図５において概略的に表される、造形空間１０は、機械枠内に備えられる。

記述された実施の形態において、光学系は、レーザ６と、偏向ミラー７と、スキャナ８とを有する。レーザ６はビーム９を発生し、それは偏向ミラー７に入射され、偏向ミラー６によってスキャナ８の方へ偏向される。代わりに、エネルギ・ビームを発生する異なる放射源のような異なるエネルギ源が、スキャナ８の方へ向けられ、レーザの代わりに使用されても良い。スキャナ８は知られた方法で構成され、それは入射ビーム９を造形平面１１内の任意の位置に向けることができ、造形プレートは図５に示されるように造形空間１０内に置かれる。これを可能とするために、入口窓１２が、スキャナ８と造形空間１０との間の造形空間１０の上仕切り壁５６内に備えられ、入口窓１２は、ビーム９が造形空間１０に通過するのを可能にしている。

次に図５に関して、この実施の形態内の装置の造形空間を説明する。

図５から理解され得るように、造形空間１０において、上部に開いている、容器２５が備えられる。形成されるべき三次元物体を支持する支持装置２６は、容器２５内に配置される。支持装置２６は、図示しない駆動装置を用いて、垂直方向に容器２５を前後に移動され得る。造形平面１１は、容器２５の上端の領域に規定される。スキャナ８を用いて造形平面１１上に向けられたビーム９の入口窓１２は、造形平面１１の上に配置される。塗工装置２７は造形材料を塗工するために備えられ、造形材料は支持装置２６の表面上又は以前に固化された層上に固化されるべきものである。塗工装置２７は、造形平面１１上を、図５において矢印で概略的に示される駆動装置を用いて、水平方向に移動され得る。造形平面１１の両側に、投与装置２８、２９が、それぞれ、備えられ、それらは、塗工されるために塗工装置２７に対して予め定められた量の造形材料を供給する。

投与装置２９の側上に、供給口３０が備えられる。供給口３０は、図５の平面と直交する方向に造形平面１１の全体の幅上に延在している。供給口は、造形材料を造形空間に供給するために働き、造形材料は、図示の実施の形態において、放射によって固化され得る粉末材料である。

実施の形態における造形空間は、図５において概略的に示されるように、上領域４０と下領域４１とにさらに分割される。上領域４０は、実際の作業空間を形成し、その中で、造形材料の層状の塗工とその選択的な固化が行われる。下領域４１は容器２５を収容する。

図示の実施の形態において、部品は、三次元物体をその物体に対応する各層の位置を選択的に固化することによって層状に製造する方法を用いて形成される。この実施の形態において、レーザ焼結方法はその物体の製造のために使用される。切削（milling）、旋盤細工法、鋳造のような三次元物体を製造する従来の方法に関して、複雑な幾何学形状のものを生成するときおよび／または比較的少量の製造が必要なとき、そのような方法が特に有利である。

［装置の動作］
装置１を動作するとき、造形材料が供給口３０を介して造形空間１０に供給され、そして、予め定められた量の材料が、投与装置２８、２９を用いて塗工装置２７に供給される。塗工装置２７は、造形材料の層を支持装置２６上に又は前に固化された層の上に塗工し、ビーム９が、形成されるべき三次元物体に対応する位置において造形材料を選択的に固化するために、レーザ６とスキャナ８とを用いて造形平面１１内の選択された位置に向けられる。その後、支持装置が１つの層の厚さだけ下げられ、新しい層が塗工され、その工程が、形成されるべき物体の全ての層が生成されるまで、繰り返される。

次に、装置の幾つかの構成要素についてさらに詳細に説明する。

［枠構造］
最初に、図示の実施の形態の装置の枠構造を図１に基づいて説明する。装置１は機械枠を有し、機械枠は３つの基礎ビーム２，３および４によって形成され、これら基礎ビームは交差支柱５によって互いに接続されている。すなわち、機械枠は、３つの基礎ビーム２，３、および４と、交差支柱５とから成る。３つの基礎ビーム２，３および４は、実質的に直立しており、図示の実施の形態において装置の３つの角を形成する。平面図において、装置１はしたがって実質的に三角形の輪郭を持つ。基礎ビーム２，３および４と交差支柱５は、外形が実質的に直角三角形の一つと対応し、斜辺が装置の前側を形成するように、配置される。交差支柱５は、実質的に水平で、堅く、ひずみ耐性機械枠が形成されるように、基礎ビームを接続し、その構成要素は、たとえ一方向の力が作用しても、それらの相対位置を変化しないか又はほんの最小だけそれらの相対位置を変化する。

基本的に垂直方向に延在し、かつ三角形の形状に配置された、３つの基礎ビーム２，３および４を設計したので、装置１は、基板上の３つの位置で支持され得る。３つの脚を持つこの構造のために、装置は、基板に関して揺さぶりや傾きが防がれるように、すばやくかつ複雑でない方法で配置され得る。特に、基板に関する配列の変化は、３つの支持点の一つの支持の高さを変化させることによって達成され得る。何故なら、これは他の２つの支持点を接続する線の周りの回転をまねくからである。配列の変化のための４点又は多点支持では、少なくとも２つの支持点の高さは、安定した支持を達成するために変化されるだろう。

基礎ビーム２，３および４の各々は、ローラ５０と、グランドに面するその底側に配置された高さ調整可能な支持脚５１とを持つ。支持脚５１は、それらが高さを調整できるように、対応する基礎ビーム２，３および４に配置される。支持脚５１の各々は、第１の位置に移動され得、その第１の位置で、対応するローラ５０は、支持脚５１の底側が持つよりも、各基礎ビームの底側に長い距離を持つ。従って、第１の位置において、装置１は、ローラ５０上に立っており、支持脚５１は、基板に距離を持つ。ローラ５０は基礎ビーム２，３および４に旋回され、それによって、装置１はローラ５０上の任意の位置に基板上で移動され得る。又、支持脚５１の各々は、第２の位置に移動され得、その第２の位置で、支持脚５１の底側は、各ローラ５０よりも各基礎ビーム２，３、又は４の底側から突き出る。この位置で、装置１は、支持脚５１上に立ち、支持と相対的な装置１の運動は確実に防止され得る。

支持脚５１の各々における図示された実施の形態において、各基礎ビーム２，３又は４と面する側は、雄螺子を持つ螺子棒として設計されている。支持脚５１が螺合され得る、雌螺子を持つ対応する穴は、各基礎ビーム２，３及び４の底側に備えられている。従って、支持脚５１を各基礎ビーム１，３又は４に螺合するか又は回してはずすことによって、基礎ビームから支持脚５１の底側の距離は、連続的に調整され得る。

２つの水準器５２が２つの異なる位置で機械枠上の搭載されている。水準器５２は、それらが静止した方法で一直線に並べられるように、装置１に取り付けられる。図示の実施の形態において、両方の水準器５２は、水平面と平行である、平面に配置される。この平面において、それらは互いに約９０°の角度を持つ。両方の水準器は、装置１が水平面に関して最適に一直線に並べられているか否かを指し示す。装置１の位置合わせに対して、３つの支持脚５１の各々の高さが変化され得る。装置１の位置合わせの変化は、水準器５２によって視覚的に制御され得る。装置の内部の構成要素は、お互いに関して予め調整される。それらが枠系において堅く搭載されると、装置１の堅い枠構造のために、それらの相対的な位置が維持される。従って、装置１の位置合わせの後、互いに関する正確な空間的な位置調整が適切な機能のために必要である、全ての構成要素は、正しい相対的位置にある。水準器は、装置の真っすぐ立った位置調整を容易にする。その結果、搬送後又はその位置の変化後の装置の早くかつ効率のいい位置合わせが可能である。３つの基礎ビーム２，３、４と対応する支持脚５１とを持つ構成は、少ないステップで位置合わせされ得る。

［光学系］
次に、図１，図２及び図４に基づいて、光学系について更に詳細に説明する。レーザ６として設計された、エネルギ源は、図１から理解され得るように、機械枠の垂直基礎ビーム２の１つ又はそのような基礎ビームと平行に並べられ、それと調整可能に接続されている。レーザ６から出射されたビーム９は、管１３を通って案内される。管１３の一端はレーザ６のケーシングに接続され、管の他端はケーシング１４に接続され、そのケーシングは偏向ミラー７と更なる構成要素とを密閉している。従って、ビーム９は、レーザ６から偏向ミラー７へ垂直方向に進む。ケーシング１４は側壁１４ａを有し、その側壁は、図４から理解され得るように、ケーシング１４から取り外され得る。図２は、側壁１４ａが取り外されたケーシング１４を示す。

図２及び図４において示され得るように、管１３から離れて面するケーシング１４の端は、スキャナ８の入力側に接続され、ケーシング１４は、機械枠の構成要素に固定的に接続される。従って、管１３とケーシング１４は、レーザ６からのビーム９が、外部から隔離された空間内の管１３とケーシング１４の内部でスキャナ８に進むように、配置されている。図において概略的にのみ示されている、シャッター１５は、管１３とケーシング１４との間の接続箇所に備えられている。シャッター１５は、側壁１４ａがケーシング１４から取り外されたとき、レーザ６から偏向ミラー７へのビーム９の光学通路が遮られるように、設計されている。この構成によって、エネルギ源が動作しかつ側壁１４ａが取り外されたとき、操作者に対する負傷が不注意によってうかつにも起こらないのを保証している。この実施の形態において、シャッター１５は、機械的スライドによって実現され、機械的スライドは、側壁１４ａが取り外されたとき、管１３からケーシング１４へのビーム通路を遮る。

図１及び図２から理解され得るように、偏向ミラー７は、ビーム９をスキャナの入口領域８ａへ偏向する。偏向ミラー７は、その位置合わせが調整され得、かつその位置合わせを調整するための調整機構１６を備えて、吊り下げられている。調整機構１６は、２つのアクチュエータ１７及び１８を含み、それらの各々は、アクチュエータ１７及び１８のそれぞれの駆動装置１７ａ及び１８ａがケーシング１４の外側に置かれるように、配置されている。従って、駆動装置１７ａ及び１８ａは、ケーシング１４が閉じられているとき、外側からアクセスされ得、偏向ミラー７の位置合わせが、ケーシング１４が閉じられているとき、変更され得る。図示された実施の形態において、アクチュエータ１７及び１８の各々は、機械的設定螺子として設計され、その機械的設定螺子は、駆動装置１７ａ及び１８ａの領域において目盛りを持ち、その目盛りは、偏向ミラーの位置合わせに対応している。駆動装置１７ａ及び１８ａは、調整ノブとして設計されている。図示された実施の形態において、アクチュエータ１７及び１８は、レーザ焼結方法によって製造される。調整ノブは、不注意な調整を防ぐために、施錠可能である。

装置の最適な作動のために、スキャナの入口領域８ａに対するビーム９の位置合わせの正確な調整が必要である。この目的のために、ケーシング１４内に一体化され、光学通路に入れられ得る、アパーチャ１９、２０、２１が備えられている。図示の実施の形態において、３つのアパーチャ１９、２０、２１がケーシング内に備えられている。しかしながら、また、より多い又は少ない数のアパーチャが備えられても良い。この実施の形態において、偏向ミラー７の近くのアパーチャ１９と、スキャナ８の入口領域８ａに近いアパーチャ２１との両方は、図３ａに示されるように、焦点板を持つアパーチャとして設計されている。更に、それらの間に配置された、アパーチャ２０は、図３ｂに示されるように、ピンホールとして設計されている。調整要求を変更するために、また、可能な他のアパーチャの設計もある。そのうえ、また、いくつかの組のアパーチャが備えられても良く、それらは必要な位置合わせの要求に依存して取り替えられて良い。ビーム９のために使用されるエネルギ源に依存して、機械的アパーチャの代わりに、また、他の要素が備えられても良く、その他の要素は、当業者において知られており、ビームの位置の検出のための光学的センサのようなビームの位置を検出できる。

アパーチャ１９，２０、２１の各々は、それぞれ、ケーシング１４に搭載された、その保持装置１９ａ、２０ａ、２１ａ上に旋回搭載されている。第１の調整点において、それらは光学通路に入れられ、固定される。第２の調整点において、それらは光学通路から移動され、固定される。アパーチャの懸架は、例えば、アパーチャ１９、２０、２１が光学通路と直交する方向に回転可能な回りの軸によって実現され得る。それらの各調整点におけるアパーチャ１９、２０、２１の固定は、例えば、この軸に螺合される、ぎざぎざが付いているヘッド螺子によってなされ得る。しかしながら、専門家の知識によって当業者において自明な、多くの異なった方法の懸架が可能である。例えば、アパーチャが両方の位置で係合され得る、機構が可能である。

図１において単に概略的に示されるように、スキャナ８は、また、機械枠の他の構成要素に取り付けられる。図示の実施の形態において、スキャナ８は交差支柱５に搭載されている。この実施の形態において、スキャナ８は、スキャナの位置合わせの調整が、偏向ミラー７からスキャナの入口領域８ａへの光学通路と平行な軸の周りに回転できるように、吊り下げられている。この調整のために、調整機構８ｂが備えられている。これは、スキャナ８の位置合わせの容易で迅速な精密調整を可能とする。

レーザ６からスキャナ８へのビーム９は、一回のみ偏向される。それは偏向ミラー７によって偏向され、ケーシング１４が閉じられているとき、偏向ミラー７の位置合わせが調整され得る。これは、少ない構成要素の位置を調整することによって容易に調整され得る、光学通路を導く。従って、図示の実施の形態において、レーザ６、偏向ミラー７、およびスキャナ８の位置の調整のみが必要である。レーザ６の位置は、調整機構６ｂによって調整され得る。レーザ６、偏向ミラー７、およびスキャナ８の各々のものは、堅い枠系の構成要素に直接、固定される。従って、装置１の搬送又は位置の変更の事象において、レーザ６、偏向ミラー７、およびスキャナ８は、互いにそれらの相対的位置を変化しないか、又は、それらの相対的位置をわずかに変化するだけである。従って、微細な調整が短い時間内に、従って効率のいい方法でなされ得る。

光学通路の調整のために、アパーチャ１９、２０および２１の各々のものは、ビーム通路に、個々に、又は、他のアパーチャと組み合わせて、入れられ得る。これは、加えて、迅速にかつ効率のいい方法で、光学通路を調整する可能性を改良する。従って、装置１の製作を依頼したり保守点検するとき、コストを節約することができる。何故なら、調整のための手間が必要ないからある。

［ビームを調整する方法］
ビームを調整する可能な方法について説明する。

１つの方法において、２つの焦点板アパーチャ１９及び２１の１つが、光学通路に入れられ、照明用紙が、焦点板の後ろの直ぐ近くに挿入される。それから、照明用紙がレーザパルスで照射され、焦点板の影像が評価される。ビーム断面の中心が交差の中心と正確に一致されなければならない。ビーム通路は、アクチュエータ１７及び１８による偏向ミラー７の位置合わせを調整し、かつ、レーザ６の位置を調整することによって、再調整される。この方法は、また、ビーム通路が所望の通路から非常に多くそれている場合において適している。この方法を使用したとき、また、ピンホール２０をビーム通路に付加的に挿入することができる。

光学系を調整するための方法において、ピンホールとして設計されている、アパーチャ２０は、光学通路に挿入され、その後、ケーシング１４が閉じられる。ビーム９の総パワーを測定する、パワー測定装置が、造形平面１１に置かれる。スキャナ８は、正確な調整の場合におけるビーム９がパワー測定装置に最適に向けられるように、駆動される。パワー測定装置によって測定された、ビーム・パワーが監視され、偏向ミラー７の位置合わせがアクチュエータ１７及び１９を操作することによって変化される。偏向ミラー７の位置合わせは、パワー測定装置が最大のビーム・パワーを測定するまで、変化される。そのような位置において、ビーム９は、偏向ミラー７によってスキャナ８の入口領域８ａに最適に向けられる。この方法は、また、ピンポールなしでも実行され得、スキャナ８での入口開口が、アパーチャの機能を引き継ぐ。

この調整方法は、光学系の構成要素の位置の小さな相互の変化のみが起こり、かつ、微細な調整が必要とされる、場合にビーム通路の簡単で迅速な調整を可能とする。この方法によって、調整は、短い時間内で行われ得、使用開始したり、点検の際の調整のコストが削減され得る。調整の必要に依存して、また、ピンポール２０を光学通路に初期に挿入することなしに、この方法を実行することができる。この場合、さらに時間が節約され、労働コストが削減される。

更なる方法において、ビーム９の照射に対して感度のよい、例えば、温度効果によって色が変化する紙などの、材料の層１１０が、造形平面１１内の規定された領域に置かれる。製造工程におけるレーザ９によって照射されるべき、形成領域の端での少ない選択された位置で、層１１０は、図１４に示されるように、マーク１１１を備えている。その後、正しい調整がマーク１１１に対応するだろう、これらの位置は、スキャナ８によってビーム９に露光される。それから、層１１０上のマーク１１１から２つの方向における露光された位置の偏向が決定される。この最も簡単な方法において、測定は、例えば、定規によって行われ得る。測定された境界点に基づいて、それから、光学調整に関して、例えば、拡大誤差や傾きが起こっているかが決定される。起こった誤差は、例えば、測定値を対応する評価プログラムに入力することによって決定され得る。

拡大誤差は、例えば、スキャナ８と造形平面１１の形成領域との間の機械的距離ばらつきから、又は、スキャナ８の電気的構成要素の電気的ドリフトから起きる。傾斜誤差は、例えば、それぞれ、機械的距離と角度ばらつきとから起きる。検出された拡大誤差および／または傾斜誤差は、検出された誤差に依存して、スキャナ８の水平位置合わせの調整のような上記微調整によって補償され、又は、スキャナ８を駆動する制御プログラムのプログラミングによってレーザ９の照準点を修正するために使用される、修正パラメータを計算することによって補償される。

この方法において、形成領域の端での個々の測定点のみが測定される。測定点間の形成領域の点に対して、誤差の決定が補間によってなされる。測定点間の点の誤差修正は、また、補間によってなされる。従って、少ない測定点のみが記録されなければならず、短い時間でかつ少ない手間でなされる。従って、調整と保守作業に費やす労働時間は、大幅に削減され得、従って、発生する操作コストもまた低減され得る。

［レーザと光学部品類の冷却］
次に、図１、図２及び図４に関して、光学系の通気系について説明する。

基礎ビーム２の内部に、レーザ６と管１３とが置かれた、中空空間５３がある。２つの換気扇５４が備えられている。換気扇５４は、レーザ６から暖かい空気を運ぶ、空気流Ｔを生成し、それによってそれを冷却する。この実施の形態において、換気扇５４は、中空空間５３内の管１３の領域に備えられている。中空空間５３は、２つの管５５を介して、造形空間１０上の装置１の領域に接続され、その造形空間１０には、スキャナ８、偏向ミラー７およびアパーチャ１９、２０、２１が備えられている。

図５から理解され得るように、空気流Ｔは、換気扇５４によって、造形空間１０の上仕切り壁５６に向けられる。従って、エネルギ源を冷却するための空気流が、また、光学系のほうへ曲げられる。

レーザ６として設計されたエネルギ源を冷却する冷却系は、従って、この実施の形態において、スキャナ８、偏向ミラー７およびアパーチャ１９、２０及び２１を備えた、光学系を冷却するための同じものに使用される。従って、１つの通気系で、光学系の全ての構成要素を冷却することができる。

空気流Ｔが、また、造形空間１０の上仕切り壁５６上にも導かれるので、同じ通気系が、また、造形空間１０の上側の冷却のために役に立ち得、造形空間１０上に置かれた、装置１の制御構成要素の過度の強い加熱が防止され得る。造形空間１０の上側の冷却は、光学系の通気系を用いてなされる。従って、分離した冷却を提供する必要がない。何故なら、レーザの冷却系が、また、造形工程からの処理熱を装置１の外部へ導くために使用され得るからである。従って、コストが節約され、装置はコンパクトな方法で造られ得る。

この実施の形態において、レーザ６が置かれた、中空空間５３は、２つの管によって造形空間すなわち造形空間１０の上側に接続される。しなしながら、例えば、機械枠それ自身の流れ経路を介して接続を実現することができる。２つの換気扇５４が述べられているけれども、必要な冷却容量に依存して、また、１つの換気扇のみ又は複数の換気扇５４が備えられて良い。光学系用および造形空間１０の上側用の共通の通気系の配置は、エネルギ源がレーザであるか、又はエネルギ源が基礎ビーム２に置かれている、構成に限定されない。光学系および造形空間の上側の効率がよく、コスト効果的な冷却の効果は、また、他の配置を使用するときにも達成される。しかしながら、枠の基礎ビーム内のエネルギ源の配置は、空間節約な実施を可能とする。

次に、造形空間１０内の装置１の個々の構成要素について説明する。

［加熱装置］
容器２内の粉末床を加熱するため、特に、塗工されたがまだ固化されていない層を予め加熱するための加熱装置３１は、図５に示されるように、造形平面１１上の造形空間１０に配置される。加熱装置は、例えば、赤外線ラジエータのような１つの放射暖房器又は複数の放射暖房機として設計され、それは（それらは）、造形材料の塗工層が一様に加熱されるように、造形平面１１上に配置される。図示された実施の形態において、加熱装置３１は、グラファイト板から構成される熱放射要素を持つ二次元ラジエータとして設計されている。図８から理解され得るように、熱放射要素は、ミアンダ構造を持つ。

図示の実施の形態において、入口窓１２の下の中央で実質的に正方形切り口を持つ実質的に正方形板である加熱装置３１は、スキャナ８から造形平面１１へビーム９が通過する、領域の周りに延在している。

加熱装置３１の搭載を図８に関して説明する。図８に示されるように、この実施の形態の加熱装置３１は、基本的に、固定具４４と放射暖房器４５とから成る。固定具４４は、支持体４６内に支えられ、その支持体は、造形空間１０の上領域４０に配置されている。放射暖房器４５は固定具４４に支えられている。

図８において矢印Ａによって概略的に示されるように、固定具４４は、支持体４６から放射暖房器４５と一緒に取り外され得る。支持体４６は、固定具４４が挿入される、レールとして設計されている。固定具４４は、支持体４６に挿入され得、それを工具なしで取り外され得る。幾つかの設計が、固定具４４と支持体４６との間の接続のために可能である。取付けは、例えば、バネ、締め金などによって果たされて良い。これらは、固定具４４が支持体４６に係合される、構造を備えて良い。

固定具４４は、また、放射暖房器４５が挿入される、レール状の構造を持つ。放射暖房器４５は、固定具４４に導入され得、固定具４４から工具なしで取り外され得る。また、固定具４４と支持体４６との間の接続の場合のように、固定具４４と放射暖房器４５との間の異なった種類の接続が可能である。固定具４４における放射暖房器４５の係合が備えられて良い。

従って、一方において、支持体４６、固定具４４および放射暖房器４５の記述した設計は、工具を使用することなしに、固定具４４を放射暖房器４５から取り外することを可能とする。これは、特に、造形空間１０を掃除するために好都合である。他方において、放射暖房器４５は、工具を使用することなしに、固定具４４から取り外され得る。これは、特に、放射暖房器４５の保守と交換のために好都合である。加熱装置３１の構成要素を工具なしでの取り外しや交換することは、装置１の迅速で複雑でない掃除と、放射暖房器４５の迅速で複雑でない交換とを可能とする。それによって、保守及び清掃作業中の時間を節約することができ、装置１は、また、短かい時間内で次の作業工程のために使用されるだろう。

［投与装置］
図５に概略的に示されるように、図示された実施の形態において、投与装置２８及び２９の各々は、造形平面１１の全体の幅上で、図５の面に対して直交する方向へ延在する、角張った板の形状に形成されている。投与装置２８及び２９は、造形平面１１と平行に伸びる軸の周りのロールのように回転され得、投与装置２８及び２９の各々は、コンベア・ローラを表している。投与装置２８、２９は、塗工装置２７の運動によって、それらがそれらの軸の周りの規定された角度だけ回転するように駆動されるように、形成される。

投与装置２８は、図７に概略的に示されている。投与装置２９は、投与装置２８と同様なので、詳細には説明しない。投与装置２８は、装置１から取り外され得、工具なしで再挿入され得る。図７に示されるように、投与装置２８は中央部２８ｃを備え、その中央部は、角張った板の形状に形成され、回転軸Ｚに沿って延在している。中央部２８ｃは、規定量の造形材料を投与するために役立つ。更に、投与装置２８は第１の端２８ａを有し、その第１の端は、回転軸Ｚと直交する方向において、中央部２８ｃよりも小さい断面を持つ。投与装置２８の第２の端２８ｂもまた、回転軸Ｚと直交する方向において中央部２８ｃよりも小さい断面を持つ。投与装置２８の第１の端２８ａは、懸架装置３６に接続され、その周りで投与装置は回転し、またはそれと共に投与装置２８は回転軸Ｚの周りを回転する。この目的のために、第１の端２８ａと懸架装置３６は、互いに、確実なすなわち形状ロッキング方法で接続される。図示の実施の形態において、第１の端２８ａは、例えば、円柱状の突起２８ａ’を持ち、その突起は確かに懸架装置３６のへこみ３６’に挿入され、そのへこみはまた円筒状である。しかしながら、懸架装置３６と第１の端２８とは、異なった方法で設計され得る。例えば、第１の端２８ａがへこみを持って良く、懸架装置が突起を持って良い。へこみと対応する突起は、例えば、また、形状ロッキング接続をもたらす任意の形状を持って良い。

投与装置２８の第２の端２８ｂは、軸受け３７に接続されている。第２の端２８ｂは、軸受け３７によって枢軸搭載されている。図示された実施の形態において、軸受け３７は、回転軸Ｚと同軸の環状突起端部３７ａを持つ。第２の端２８ｂは、環状突起端部３７ａによって形成されたへこみに挿入される、円柱状突起として設計されている。しかしながら、また、軸受け３７と第２の端２８ｂの他の設計が可能である。軸受け３７は、例えば、突出する旋回軸として設計され得、第２の端２８ｂは、この旋回軸によって係合されるへこみを持って良い。投与装置２８の旋回を可能とするために、幾つかの具体化が可能である。

更に、図示された実施の形態において、予荷重要素３８が投与装置２８と軸受け３７との間に第２の端２８ｂの側に備えられおり、予荷重要素３８は、投与装置２８を懸架装置３６のほうへ予めロードする。この実施の形態において、予荷重要素３８は、端部３７ａと第２の端２８ｂ上又は周りに回転軸Ｚと同軸に備えられた、つる巻きばねによって形成されている。しかしながら、他の実施の形態も可能である。例えば、予荷重要素は、板ばねの形状で設計され得、予荷重要素は、軸受け３７又は第２の端２８ｂに備えられ得、第２の端２８ｂそれ自身は、予荷重要素によって投与装置２８上に移動可能に搭載され得る。

図示された実施の形態において、軸受け３７と懸架装置３６との間の距離は、第１の端２８ａと第２の端２８ｂとの間の投与装置の長さより、予め定められた距離だけ大きい。予め定められた距離は、回転軸Ｚの方向の突起２８ａ’の長さよりも僅かに長い。この設計のため、投与装置２８は、予荷重要素３８の予荷重力に対して軸受け３７の方向に移動され得、第１の端２８ａと懸架装置３６との間の形状ロッキング係合が解除され得る。それで、投与装置２８は取り出され得、例えば、掃除され得るか又は、他の投与装置によって交換され得る。投与装置２８の挿入は、逆順の方法ステップを使用することによって出来る。

従って、記述された実施の形態は、投与装置２８を、工具を使用することなしに取り外すことを可能とする。工具なしの投与装置２８の取り外しと交換は、装置１の迅速で複雑でない掃除と、投与装置２８の迅速で複雑でない交換とを可能とする。それにより、保守と掃除作業の間の時間を節約することができ、装置は、また、少ない時間内で次の製造工程に使用可能であり、装置１の動作コストを下げることができる。

代わりに、例えば、軸受け３７および／または懸架装置３６は、投与装置を回転するように駆動する、駆動シャフトとして構成されても良い。そのような場合には、形状ロッキング接続は、また、第２の端２８ｂと軸受けとの間に使用され得る。

投与装置２８の両側で、投与装置が搭載される、レセプタクルは、例えば、投与装置２８が横から挿入される、へこみとして設計され得る。固定は、例えば、ばね、締め金等を使用して達成され得る。それらは、投与装置２８がその据付けに係合する、構造を備えて良い。投与装置２８は、例えば、また、手によってしっかりと締めたり緩められる、ぎざぎざが付いている頭螺子を用いて固定され得る。

［造形材料供給／熱的保護］
図５に関して、造形空間１０内の投与装置２８及び２９の領域について説明する。

投与装置２９の領域において、造形平面１１が置かれた平面の真下に延在する、造形材料収容領域２３が形成されている。造形材料収容領域２３は、それが塗工装置２７によって供給される限られた量の造形材料を収容できるように、形成されている。投与装置２９と供給口３０の領域に、造形材料収容領域２４が形成されている。造形材料収容領域２４は、それが、供給口３０を介して供給される造形材料と、また、塗工装置２７によって戻された造形材料とを収容することができるような、大きさにされる。

造形材料収容領域２３及び２４と投与装置２８及び２９の寸法は、投与装置２８又は２９を１８０°だけ回転することによって、規定された量の造形材料が塗工装置２７の前に移されるように、互いに整合される。

図５において示されるように、投与装置２８及び２９上には、それぞれ放射保護シールド３２及び３３が搭載される。放射保護シールド３２及び３３は、加熱装置３１からの熱放射が、投与装置２８又は２９の領域、供給口３０の領域、および造形材料収容領域２３及び２４に置かれた、造形材料に作用するのを防止する。

造形材料収容領域２３及び２４の下側には、二重壁構造が備えられ、それよって、中空空間３４及び３５が形成される。中空空間は、造形材料収容領域２３及び２４の下側全体を横切って延在している。この二重壁構造によって、造形材料収容領域は、それらの真下に置かれた装置１の構成要素に関して底絶縁されている。一実施の形態によれば、流体が、造形材料収容領域２３及び２４の造形材料の温度を調整するために、中空空間３４及び２５を介して循環され得る。又、中空空間３４及び３５を通る流体の流速および／または流体の温度を制御する、制御装置が備えられても良い。そのような制御装置を備えることによって、造形材料の温度が制御され得る。

放射保護シールド３２及び３３と中空空間３４及び３５とを備えることによって、投与装置２８及び２９の領域内と粉末収容領域２３及び２４内の造形材料の温度は、造形平面１１上の造形空間の温度及び容器２５の下の領域の温度よりも低い値に維持され得る。

従って、中空空間３４及び３５と放射保護シールド３２及び３３とを備えることによって、造形材料収容領域２３、２４内の造形材料の、望まれない、過度の温度上昇が防止される。これによって、造形工程前の造形材料の性質に、望まれない、熱的に影響を及ぼす危険性が減少され得る。

［塗工系］
次に、この実施の形態における塗工系を図９及び図１３に関して説明する。

図１３から理解され得るように、塗工系は、塗工装置２７と駆動機構５９とを有する。塗工装置２７は、塗工要素６１とホルダ６０とを有する。塗工要素６１はホルダ６０で保持される。ホルダ６０は駆動機構５９に接続されている。

図９から理解され得るように、ホルダ６０は、主アーム６２と、２つのホルダ・アーム、すなわち、第１のホルダ・アーム６３及び第２のホルダ・アーム６４とを備え、それら２つのホルダ・アームは、主アームから垂直に下方向へ延在している。第１のホルダ・アーム６３は堅くて、主アーム６２にしっかりと接続されている。第２のホルダ・アーム６４は、主アーム６２にしっかりと接続された、一端６４ａを持つ。第２のホルダ・アーム６４は柔軟性を持ち、それによって、その自由端６４ｂは、図９において示されるように、第２のホルダ・アーム６４の材料の復元力に対して、矢印Ｃだけ、制限された範囲に移動され得る。この移動によって、ホルダ・アーム６３、６４の自由端６３ｂ、６４ｂ間の距離が増加され得る。ホルダ・アーム６３及び６４の各々において、穴６６３ｃ及び６４ｃが、それぞれ、備えられる。

塗工要素６１は、ホルダ６０の主アーム６２に実質的に平行に延在する、主本体６１ａと、主本体６１ａから横に突出する、２つの突起６１ｂとを有する。２つの突起６１ｂは、それらがホルダ・アーム６３及び６４の穴６３ａ及び６４ｃに形状ロッキング方法で挿入され得るような、大きさにされる。形状ロッキング係合は、塗工要素６１とホルダ６０との間のトルク耐性接続をもたらす。図示の実施の形態において、塗工要素６１は塗工ブレードとして設計され、その塗工ブレードは造形材料の塗工と造形材料をならす下端６１ｃを持つ。

図９において矢印Ｃ及びＤによって概略的に示されるように、自由端６４ｂは、自由端６３ｃから矢印Ｃの方向に離され得、それによって、塗工要素６１と第２のホルダ・アーム６４との間の形状ロッキング係合が解除される。それで、塗工要素６は、矢印Ｄによって示されるように、ホルダ６０から取り外され得る。

塗工要素６１のホルダ６０に対する搭載は、逆の順序によってなされる。

記述された設計によって、塗工要素６１は、工具なしの方法で、すなわち、工具を使用することなしに、ホルダ６０から解除され、ホルダ６０に搭載され得る。これによって、塗工要素６１の迅速で効率のいい交換が可能とされる。保守と掃除作業の間の時間を節約でき、装置１は、少ない時間で、再び、次の製造工程に使用され得る。特に、異なった塗工要素６１は、各要求に依存して、引き続く造形工程のために使用され得、これらの塗工要素６１は、少ない労力で、造形工程間で交換され得る。

塗工要素６１とホルダ６０とを接続する他の構成が可能である。例えば、へこみが塗工要素６１に備えられて良く、突起が形状ロッキング接続のためにホルダ６０に備えられても良い。例えば、溝への挿入が、オプションとして、塗工要素６１とホルダ６０との間の係合に備えられても良い。

塗工系２７の駆動機構５９を図１３に関して説明する。図１３から理解され得るように、塗工装置２７のホルダ６０は、駆動シャフト６５にトルク耐性方法で接続されている。駆動シャフト６５は、軸受け６６および６７にその一端が枢軸搭載されている。駆動シャフトは、図５に示される、造形平面１１と直交する軸Ｅの周りに回転可能である。回転は、図１３において矢印Ｆによって示されている。更に、レバー６８は、駆動シャフト６５にトルク耐性方法で搭載されている。レバー６８は、操作ピストン・シリンダ系６９に接続されている。更に、レバー６８は、遮断ピストン・シリンダ系７０に接続されている。この実施の形態において、操作ピストン・シリンダ系６９は空気圧駆動系として設計され、その空気圧駆動系は、ピストンがレバー６８を介して圧力で充満されたとき、駆動シャフト６５が軸Ｅの周りを回転するように駆動シャフト６５を駆動する。駆動シャフト６５の回転は、ホルダ６０の回転をもたらし、それによって、塗工要素６１は、造形平面１１と平行に運動を開始される。駆動シャフト６５は、造形空間の背面領域における、造形材料の固化が行われる、形成領域すなわち造形領域に対して横に配置される。駆動機構５９を介して、塗工装置２７は、制限された角度領域を横切った通路上を移動され得、その通路は円の扇形に対応する。従って、塗工装置２７は、形成領域の一方側の第１の位置と形成領域の他方側の第２の位置との間の円形通路上を前後に移動される。この構成のため、塗工装置２７を移動するための駆動機構５９は、形成領域の一方側に実質的に配置され、他方の側からの形成領域へのスムーズなアクセスが保証される。駆動装置として空気圧駆動系を備えることによって、塗工装置の運動は、高精度で、かつ同時に低コストで実行され得る。

遮断ピストン・シリンダ系７０は、油ダシュポットとして設計される。遮断ピストン・シリンダ系７０は、操作ピストン・シリンダ系６９が充満されたとき、圧力変動のダンピングをもたらし、又は、その変化が塗工装置２７の速度の突然の変化をもたらすだろう、駆動装置に対抗する抵抗力の変動のダンピングをもたらす。従って、予め定められた速度プロフィールを持つ塗工装置２７の一様な運動が可能となる。塗工装置２７の最適化された運動は、層の改良された一様な供給をまねき、したがって、部品品質を改善する。

この実施の形態において、造形平面１１に平行な軸Ｅの周りの円形通路上を移動する、塗工装置２７が述べられている。この円形通路は、塗工装置２７が造形平面１１全体の横切る運動を実行するような、大きさである。塗工装置は、また、造形平面１１を横切る線形の通路が実現されるように、構成され得る。この場合、操作ピストン・シリンダ系６９と遮断ピストン・シリンダ系７０の組み合わせが、また、塗工装置のより一様な運動につながり、従って、改良された層塗工につながる。

［交換容器／懸架装置］
この実施の形態における容器２５の構成を図５及び図１０に関連して説明する。図５において、容器内に配置された支持装置２６を持つ容器２５のみが概略的に示されている。

この実施の形態において、容器２５は、交換容器すなわちスワップ容器として設計され、その交換容器は支持装置２６と一緒に装置１から取り出され得、支持装置は造形プラットフォームを形成して、そこに置かれている。図示されていない連結機構が、装置１に備えられる。この連結機構によって、支持装置２６及び容器２５と支持装置２６を垂直に動かすための駆動装置との接続が、確立及び解除され得る。この連結機構は装置１のコントローラによって駆動される。連結機構は、序文において述べられた先行技術に記述されたものと同様に、構成され得る。

図１０において概略的に示されるように、取り付け台７４がドア７３に備えられている。ドア７３は、装置１の機械枠で旋回搭載され、閉じた状態において、装置１の造形空間１０を装置１の外部から隔離する。この実施の形態において、ドア７３は、それが矢印Ｈによって示されるように軸Ｇの周りで旋回され得るように、一方の側に搭載されている。図示された実施の形態において、軸Ｇは、装置１のドア７３がその側まで開けられるように、垂直に伸びている。

容器２５は、その一方の側に、接続機構７５を有する。接続機構７５は、ドア７３に取り付け台７４を係合させ得、それによって、容器２５は、ドア７３に支持され、ドア７３と一緒に、機械枠から開けられ得る。図示の実施の形態において、取り付け台７４は、上端側にくぼみを持つ突起として、ドア７３の内側に形成されている。容器２５の接続機構７５は、くぼみと係合する、突出鉤として設計されている。

容器２５を装置１に挿入するために、容器２５の接続機構７５は、ドア７３が開かれた状態で、取り付け台７４に係合される。この手順は楽々と実行され得る。何故なら、ドア７３が開いているとき、取り付け台７４は装置１の外部から容易にアクセス可能だからである。容器２５は、装置１のコントローラによって、連結機構を介して取り付け台７４から切り離される。支持装置２６は、各駆動装置に接続されている。

この状態において、容器２５はドア７３に接続されず、ドア７３は、必要なら、容器２５を装置１から取り出すことなく、開かれ得る。他方、装置１のコントローラによって、容器２５は、取り付け台７４に再係合され得、支持装置２６は各駆動装置から切り離され得る。この状態において、容器２５は、ドア７３を開けることによって、造形平面１０及び装置１から移動され得る。容器２５は、ドア７３と一緒に揺れ動く。この位置において、容器２５は、装置から楽々と取り出され得、機械の内部に手を突っ込む必要がない。

この実施の形態において、ドア７３は垂直軸の周りを旋回されるけれども、例えば、また、異なった方法で水平に開くドアを備えることができる。さらに、ドア７３と容器２５との間の接続は、くぼみと係合鉤とを持つ、述べられた実施の形態に限定されない。また、ドア７３と容器２５との係合を可能する、他の機構が備えられ得る。

［造形プラットフォーム封止］
容器２５内の支持装置２６のガイドを、図１１と関連して説明する。図５と関連して既に述べたように、支持装置２６は、駆動装置によって容器２５と相対的に垂直方向Ｋに移動され得る。支持装置２６の上側は造形プラットフォーム７８を形成し、その上で、形成されるべき三次元物体が層状に生成される。造形プラットフォーム７８と容器２５の内壁７９との間には、支持装置２６が容器２５の内部で垂直方向に移動され得るような、大きさのギャップ８０がある。造形材料が、造形プラットフォーム７８の領域からギャップ８０を介して、造形プラットフォーム７８の下で容器２５内の領域に達する危険がある。しかしながら、この造形材料の通過は望まれない。何故なら、駆動装置の汚染が起こり、結果として、保守作業が必要となるからである。

造形材料の通過を避けるために、ギャップ８０が、次に説明される、封止材８１によって閉じられる。封止材８１は可撓性材料の層によって形成され、その可撓性材料の層は、造形プラットフォーム７８の下で、造形プラットフォーム７８の端の周りに沿って環状に配置されている。封止材８１は、例えば、シリコーン材料の平らな細片から成る。しかしながら、また、十分な温度耐性と可撓性とを持つ、他の材料が可能である。平らな状態において、封止材８１は、運動すなわち変移方向Ｋと直交する平面の外寸法を持ち、その外寸法は、容器２５の内寸法よりも僅かに大きい。従って、それが容器２５内に挿入されると、封止材８１は、ギャップ８０の区域内で僅かに曲げられ、容器２５の内壁７９に対してその材料の可撓性による少しの張力で突き合わせる。

造形プラットフォーム７８の下で、案内板８２が封止材８１の下に配置される。運動方向Ｋと直交する、平面において、案内板８２は、造形プラットフォーム７８よりも僅かに大きい外寸法を持つ。案内板８２の円周外端８２ａは、ギャップ８０に向けて曲げられている。外端８２ａは、ギャップ８０の区域内において封止材８１に対して突き合わせる。外端８２ａはその外周の領域に封止材８１を曲げ、それによって、ギャップ内の封止材８１の端は、その空間の上境界の方へ曲げられる。造形プラットフォーム７８が封止材８１の角張った端領域の曲げ方向と対向する方向に移動されるときでさえ、案内板８２は、可撓性封止材８１がその予め形作られた方向と対向するその端領域で折りたためられるのを防止する。従って、造形プラットフォーム７８と一緒に支持装置２６が変移方向Ｋにおいて容器２５と相対的に確実に変移され得ることが確保される。そのうえ、封止材が折りたためられたときに起こるだろう、造形プラットフォーム７８の下での領域への造形材料の粒子の通過が防止される。

さらに、曲げられた端領域８２ａを持つ案内板８２は、例えば、シリコーンから成る平面板が封止材８１として使用され得る、という効果を持つ。封止材８１は、例えば、また、異なったプラスチックから形成され得る。この実施に基づいて、封止材は、外周方向のその外端で、容器の内径の正確な寸法と適合する。特殊な構造又は形状を持つ必要はない。

［容器のテンパーリング］
造形空間１０の下領域４１を、図５及び図６に関して説明する。図５において理解され得るように、チャンバー８５が下領域４１に形成され、チャンバー８５は容器３５の下側を囲っている。装置１を操作するとき、チャンバー８５は、流体媒体で満たされる。この実施の形態において、流体媒体は気体である。特に、一実施の形態において、この気体は不活性気体であり、その不活性気体は、また、例えば、酸化によって、造形材料の劣化を防止するために上領域４０においても使用される。

チャンバー８５は、側壁８６によって横が制限され、上端で、造形平面１１の高さで分離板８７によって造形空間１０の上領域４０から分離されている。チャンバー８５は、基部８８によって下と境を接している。底部８８は、容器２５の下の領域において支持装置とその駆動装置との接続のための通路８９を有する。容器２５の角の下の領域の底部８８において、流出口９０が備えられている。図示の実施の形態において、容器２５の各角の下に、２つの流出口９０が備えられている。しかしながら、また、異なった数の流出口が備えられて良く、例えば、たった１つの流出口が各角に備えられて良い。

そのうえ、側壁８６には、開口９１が、図５において理解され得るように、上部に備えられている。開口９１は、通気系を介して流出口９０と接続されている。この実施の形態において、通気系は、チャンバー８５の外側に配置され、側壁８６の外側および底部８８の下の第２のチャンバー８４によって形成されている。換気装置９２が通気系に置かれている。さらに、加熱装置９３と温度センサが通気系に備えられている。換気装置９２によって、下領域４１の流体媒体は、開口９１を介して第２のチャンバー８４に吸い込まれ、この導かれた媒体の流れは、流出口９０を介してチャンバー８５に再導入される。容器２５の角の下の流出口９０と、側壁８６の開口９１とにより、導かれた流れは、容器２５の角の領域で生成され、その導かれた流れは、容器の温度調整又は平衡をもたらす。この流れは、図５及び図６において矢印Ｓによって示されている。この流れによって、容器２５の温度プロフィールが規定され得、容器２５の一様なテンパーリングが可能となる。加熱装置９３と温度センサとを備えることによって、この流れの温度の正確な調整が可能となる。従って、容器２５とその中に置かれた造形材料との温度は、装置１の操作中、規定された方法で調整され得る。この流れは、流体媒体と容器２５との間の、特に、容器の角における、熱交換を引き起こす。この角に基づいて、容器２５の温度プロフィールは、特に、有利なように、均質を維持し得る。

導かれた流れによる容器の角の選択的テンパーリングによって、容器２５内の固化された造形材料及びその周囲の非固化造形材料の制御された冷却が、操作中行われ得る。従って、造形材料を冷却するとき、冷却中のゆがみにより製造された三次元物体の劣化をまねくだろう、極端な温度勾配が防止され得る。

この実施の形態において、実際の造形領域である、造形空間１０の上領域４０においてまた使用される、同じ処理気体が、流体媒体として使用される。従って、造形空間１０の上領域４０と下領域４１との間の特別な封止は必要ない。従って、装置１のコスト有効な構成が可能となる。さらに、また、容器２５内の造形材料の熱エージングがより高い程度で防止される。これは、また特に、更なる造形工程において未固化造形材料の再利用に関して有利である。

［造形材料供給］
装置１への造形材料の供給を、図１、図１２及び図１５に関して説明する。図１から理解され得るように、装置１の後方領域において、造形材料を送り込む開口９５が形成されている。開口９５は供給口３０に接続され、その供給口は造形空間１０に通じ、図５に示されている。装置１において、開口９５の領域に、ダクト９６が形成されている。ダクト９６を介して、造形材料が供給口３０に供給される。この実施の形態において、供給は、落下送出による造形材料の固有の重量に基づいて引き起こされる。ダクト９６の上領域は、図１２に概略的に示されている。

ダクト９６はその上端側にカバー壁９７を持ち、そのカバー壁において、２つの開口９７ａ及び９７ｂが、造形材料供給用の給入管９８ａ及び９８ｂに接続するために備えられている。給入管９８ａ及び９８ｂは、その上端側で、それぞれ、造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂ用の連結器９９ａ、９９ｂを持つ。連結器９９ａ、９９ｂは、造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂに分離して接続され得る。給入管９８ａ及び９８ｂの各々において、注ぎ口１０１ａ及び１０１ｂが、それぞれ、備えられている。注ぎ口１０１ａ、１０１ｂの各々は、図１２の左側において示されるように、対応する給入管９８ａ及び９８ｂの断面が、それぞれ、閉じられている、第１の位置に移動され得る。注入口１０１ａ及び１０１ｂは、また、給入管９８ａ及び９８ｂの断面が、それぞれ、閉じておらずすなわち覆われておらず、造形材料が、それぞれ、造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂａからダクト９６に通過できる、第２の位置に移動され得る。

ダクト９６において、開口９７ａ及び９７ｂの下に、充填レベル・センサ１０２ａ及び１０２ｂが、それぞれ、搭載されている。充填レベル・センサ１０２ａは、造形材料が給入管９８ａの下のダクト９６にあるか否かを、検出する。充填レベル・センサ１０２ｂは、給入管９８ｂの下のダクトに造形材料があるか否かを、検出する。

給入管９８ａ及び９８ｂの各々は、図１５において概略的に示されるように、それぞれ、造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂと一緒に、それぞれ、ダクト９６上に移動しそしてダクト９６から離すことができる、機構を備えている。両方の給入管は、独立に、移動され得る。この実施の形態において、この運動は、実質的に水平である軸の周りの旋回である。

操作において、ダクト９６は、最初は、造形材料で満たされている。造形材料供給容器１００ｂは、また、造形材料で満たされており、対応する注入口１０１は開位置にある。造形材料の段（カラム）は、ダクト９６内の、各充填レベル・センサ１０２ｂの高さよりも高い、位置に延在している。第２の造形材料供給容器１００ａは、また、造形材料で満たされている。しかしながら、各注入口は、また、図１２に示されるように、閉じた位置にある。

装置１を運転すると、造形材料は消費され、ダクト９６内の充填レベルが下がる。何故なら、造形材料は、その重量のために、供給口３０を介して造形空間１０に供給されるからである。造形材料供給容器１００ｂ内に造形材料がある限り、この造形材料は、ダクト９６に沿って滑る。造形材料供給容器１００ｂが空になり、かつ、装置１が更に運転されているとき、ダクト９６内の充填レベルが充填レベル・センサ１０２ｂの側に落ちる。その時、充填レベル・センタ１０２ｂは、造形材料供給容器１００ｂが空であることを検出する。その後、給入管９８ｂ内の注入口１０１が閉じられる。他方の給入管９８ａの注入口１０１が開けられ、それによって、造形材料は、他の造形材料供給容器１００ａからダクト９６へ供給される。

この位置において、造形材料供給容器１００ｂは、装置１から取り外され得、充填され得るか、又は、他の充填された造形材料供給容器によって交換され得る。連結器９９ａ及び９９ｂは、それぞれ、例えば、それぞれ、給入管９８ａ及び９８ｂの内ねじとして設計され得、それらに、造形材料供給容器１００ａ、１００ｂでの対応する外ねじが螺合される。これは、造形材料供給容器として市販されている容器の使用を可能とする。充填された又は交換された造形材料供給容器は、再び、給入管９８ｂに接続され得、ダクト９６上に移動され得、それによって、他の造形材料供給容器１００ａが空となったとき、それが利用できる。

造形材料供給容器１００ａが空になったとき、ダクト９６内の充填レベルが落下し、充填レベル・センサ１０２ａがその落下を検出して、造形材料供給容器が空になったことを示す、信号を装置１のコントローラへ出力する。その後、給入管９８ａ内の注入口１０１が閉じられ得、給入管９８ｂ内の注入口１０１が開かれ得、それによって、再び、造形材料供給容器１００ｂからの造形材料が供給され得る。注入口１０１の開閉は、装置１のコントローラによって行われ得る。その時、造形材料供給容器１００ａは交換され得る。

独立の連結器９９ａ及び９９ｂを介して装置１に独立に接続された、２つの造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂが備えられている。造形材料供給容器１００ａ及び１００ｂが、それぞれ、取り替えられすなわち交換されているとき、装置１の運転を中断する必要はない。造形材料供給容器の交換は、三次元物体が造形空間１０において製造されているとき、連続的に実行される造形工程内で行われ得る。装置１の効率のいい運転が達成され、造形工程がなされ得ない、空転期間が減少され得る。装置１は簡単な方法で動作され得る。運転中、造形材料供給容器は、常に、充填された状態に保持され得る。

さらに、造形材料供給容器１００ａ、１００ｂを閉じるための蓋が備えられ得る。その時、造形材料供給装置は、装置への供給の前及び抽出の後、閉じられて良い。

造形材料供給容器１００ａ、１００ｂ用の連結器９９ａ、９９ｂを持つように、給入管９８ａ、９８ｂを設計することによって、装置に、また、造形材料を格納し及び混合するのに適した、造形材料供給容器を使用することができる。連結器の設計に依存して、市販の容器が使用され得る。

そのうえ、また、複数の造形材料供給装置が、例えば、異なった造形材料又は造形材料の貯蔵のために、備えられて良い。特に、複数の造形材料供給容器は、装置１が２つの造形材料供給容器で動作され、かつ、同時に、造形材料の混合がさらなる造形材料供給容器において行われるように、使用され得る。さらに、装置１は、また、造形材料供給容器用の、１つの連結器又は２以上の連結器を備えられ得る。

一実施の形態において、装置１のコントローラは、充填レベル情報が、充填レベル・センサ１０２ａ、１０２ｂによって操作者へ自動的に電気的に送られるように、構成されている。この情報は、例えば、ＳＭＳやＥメールを介して送られ得る。この効果のために、装置１は、適当なネットワーク接続を持っている。

造形材料の供給が造形材料の固有の重量を使用することによって成し遂げられることを述べた。しかしながら、この供給は、また、異なった方法で成し遂げられ得る。例えば、機械的装置が造形材料供給容器のために備えられて良く、その機械的装置は、造形材料をダクトへ供給するのを手助けする。例えば、振動装置が使用され得、その振動装置は、造形材料をダクト９６へ供給するのを手助けするために、造形材料供給容器１００ａ、１００ｂおよびその中の造形材料に振動を引き起こす。振動装置は、例えば、給入管９８ａ、９８ｂ（給入部）に配置された、１つ以上の機械的振動励振器によって形成され得る。

［変更］
記述した装置の変更が可能である。レーザの代わりに、他の光源、又は、例えば、電子源や他の粒子源のような異なったエネルギ源を使用しても良い。エネルギ源に応じて、他の光学系を使用しても良い。エネルギ源として電子源の場合、例えば、電磁レンズおよび偏向系を使用して良い。枠系の設計のような幾つかの記述された特徴は、又、例えば、インクジェットプリンタのような方法を使用した３Ｄ印刷用の装置や、マスク露光法において実現され得る。

また、エネルギ源としてレーザを使用するとき、装置は、例えば、レーザ焼結法において使用されるように構成されることもでき、又は、造形材料が局所的に溶解される、レーザ溶解法において使用されるように構成されることもできる。

複数の材料が造形材料として使用され得る。例えば、ポリイミド粉末のようなプラスチック粉末が使用され得、また、金属やセラミック粉末を使用することができる。また、混合物を使用することができる。例えば、プラスチック被覆金属が使用され得る。

一実施の形態による枠系の概略図である。 図１による実施の形態におけるビーム・ガイドの概略図である。 図２におけるアパーチャの概略詳細図である。 この実施の形態におけるビーム・ガイドの領域における換気系の詳細の概略斜視図である。 この実施の形態における造形空間の概略図である。 この実施の形態における造形容器通気系の概略図である。 この実施の形態における投与装置の搭載の概略図である。 この実施の形態における造形空間加熱モジュールの搭載の概略図である。 この実施の形態における塗工装置の搭載の概略図である。 造形容器の搭載の概略図である。 この実施の形態における造形プラットフォームの概略図である。 この実施の形態における造形材料供給系の概略図である。 この実施の形態における塗工系の概略図である。 ビーム調整方法において使用される層の概略図である。 造形材料供給系を示す更なる概略図である。

Claims (21)

1. 三次元物体を、該物体に対応する各層の位置で造形材料の層状の固化によって製造する装置（１）において、
   前記造形材料を固化するためのビーム（９）を出射するエネルギ源（６）と、
   前記ビーム（９）を造形平面（１１）内の異なった位置に選択的に導くスキャナ（８）と、
   前記エネルギ源（６）から来る前記ビーム（９）を前記スキャナ（８）へ偏向する偏向ミラー（７）とを有し、
   前記エネルギ源（６）から前記スキャナ（８）への前記ビーム（９）は、外部から隔絶された空間（１３、１４）内を進み、前記隔絶された空間（１３、１４）の外部から調整され得る、前記偏向ミラー（７）の位置合わせのための調整機構（１６）を備え、
   前記エネルギ源（６）の位置合わせを調整するための調整機構（６ｂ）を備えることを特徴とする装置。
2. 請求項１の装置において、前記調整機構（１６）は、レーザ焼結方法によって製造された、アクチュエータ（１７、１８）を有する、装置。
3. 請求項１又は２の装置において、前記スキャナ（８）の位置合わせを調整するための調整機構（８ｂ）を備える、装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つの装置において、前記エネルギ源（６）はレーザであり、前記レーザ（６）と前記偏向ミラー（７）と前記スキャナ（８）とは、前記レーザ（６）の出口からの前記ビームが、更なる偏向なしで前記偏向ミラー（７）へ進み、前記偏向ミラー（７）から前記スキャナ（８）の入口へ更なる偏向なしで進む、ように配置されている、装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つの装置において、前記エネルギ源（６）は、前記装置（１）の機械枠（２、３、４、５）の基礎ビーム（２）に実質的に垂直に配置されている、装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つの装置において、前記エネルギ源（６）から前記偏向ミラー（７）への前記ビーム（９）は、管（１３）を介して進み、該管（１３）の端で前記偏向ミラー（７）と面するシャッター（１５）が備えられる、装置。
7. 請求項６の装置において、前記偏向ミラー（７）から前記スキャナ（８）への前記ビーム（９）は、ケーシング（１４）を介して進み、前記シャッター（１５）は、前記ケーシング（１４）の可動側壁（１４ａ）が取り外されたとき、前記光学通路を遮断する、装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つの装置において、前記装置内に、前記ビーム通路を調整するために前記ビーム（９）に挿入され得る、少なくとも１つの内蔵型アパーチャ要素（１９、２０、２１）を備える、装置。
9. 請求項８の装置において、前記アパーチャ要素（１９、２０、２１）は、前記偏向ミラー（７）と前記スキャナ（８）との間に配置されている、装置。
10. 請求項８又は９の装置において、前記アパーチャ要素（１９、２０、２１）は、前記光学通路に移動され得る、機械的アパーチャによって形成されている、装置。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一つの装置において、前記偏向ミラー（７）と前記スキャナ（８）との間の前記ビーム（９）は、ケーシング（１４）を介して進み、前記アパーチャ要素（１９、２０、２１）は前記ケーシング（１４）内に配置されている、装置。
12. 三次元物体を、該物体に対応する各層の位置で造形材料の層状の固化によって製造する装置（１）におけるビーム通路を調整する方法であって、
    前記ビーム（９）を生成するエネルギ源（６）と、偏向ミラー（７）を介して造形平面（１１）内の位置に前記ビーム（９）を選択的に導くスキャナ（８）との間のビーム通路を発生するステップであって、前記偏向ミラーは前記エネルギ源（６）と前記スキャナ（８）との間の外部から隔絶された空間（１３、１４）内に配置されている、ステップと、
    前記隔絶された空間（１３、１４）の外部から前記偏向ミラー（７）の位置合わせを調整するステップと、
    を含み、
    前記偏向ミラー（７）の前記位置合わせの調整に追加して、前記スキャナ（８）及び／又は前記エネルギ源（６）の位置合わせの調整がなされる、ことを特徴とする方法。
13. 請求項１２の方法において、前記装置に内蔵されたアパーチャ要素（１９、２０、２１）が、前記ビーム通路の発生の前に、前記ビーム（９）に挿入される、方法。
14. 請求項１３の方法において、前記アパーチャ要素（１９、２０、２１）は、前記偏向ミラー（７）と前記スキャナ（８）との間で前記ビーム（９）に挿入される、方法。
15. 請求項１２の方法において、前記ビーム径を制限する、ビーム案内光学部品類の要素がアパーチャ要素として使用される、方法。
16. 請求項１２又は１３の方法において、パワー測定装置が前記造形平面（１１）内に置かれ、前記偏向ミラー（７）及び／又は前記スキャナ（８）及び／又は前記エネルギ源（６）の位置合わせは、前記パワー測定装置が前記ビーム（９）の最大パワーを示すまで、変化される、方法。
17. 三次元物体を、該物体に対応する各層の位置で造形材料の層状の固化によって製造する装置（１）におけるビーム通路を調整する方法であって、
    前記ビーム（９）が、造形平面（１１）内の造形領域の周囲の複数の選択された目標点に導かれるように、スキャナ（８）を駆動して、前記ビームの入射点を検出するステップと、
    要求される位置（１１１）に関して前記ビーム（９）の前記入射点の相対的位置を測定して、偏向ミラー（７）及び／又は前記スキャナ（８）の必要な再位置合わせを計算するステップと、
    前記計算した値に従って、前記偏向ミラー（７）及び／又は前記スキャナ（８）の位置合わせを調整するステップと
    を含み、
    前記エネルギ源（６）の位置合わせの調整が付加的になされる、ことを特徴とする方法。
18. 請求項１２乃至１５のいずれか一つの方法において、
    前記ビーム（９）が、前記造形平面（１１）内の造形領域の周囲の複数の選択された目標点に導かれるように、前記スキャナ（８）を駆動して、前記ビームの入射点を検出するステップと、
    要求される位置（１１１）に関して前記ビーム（９）の前記入射点の相対的位置を測定して、前記偏向ミラー（７）及び／又は前記スキャナ（８）の必要な再位置合わせを計算するステップと、
    前記計算した値に従って、前記偏向ミラー（７）及び／又は前記スキャナ（８）の位置合わせを調整するステップと
    を含む方法。
19. 請求項１７又は１８の方法において、前記造形平面（１１）における前記ビーム（９）の前記入射点から、前記各要求される位置からの前記造形領域の周囲の前記選択された目標点の間のずれは、補間によって決定される、方法。
20. 請求項１７乃至１９のいずれか一つの方法において、前記スキャナ（８）の位置合わせは、前記造形平面に関するその位置を調整することによって、機械的に実行される、方法。
21. 請求項１７乃至１９のいずれか一つの方法において、前記スキャナ（８）の位置合わせは、前記スキャナ（８）を駆動したとき、前記目標点が前記検出された入射点に基いて修正されるように、実行される、方法。

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