JP6714656B2 - ３次元の物体を付加製造する装置の粉末モジュール向け負荷生成デバイス - Google Patents

Description

本発明は、３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置の粉末モジュール向け負荷生成デバイスに関し、粉末モジュールは、少なくとも１つの可動の運搬要素を有する運搬デバイスを備え、運搬デバイスは、運搬要素を駆動するように適合された駆動デバイスを有し、負荷生成デバイスは、この装置の粉末モジュールに、特に装置の処理チャンバ内で、分離可能に連結されるか又は連結可能である。

そのような装置は、概して、従来技術から知られており、（粉末状の）造形材料（の体積）を運搬するための運搬デバイスを備える粉末モジュール、たとえば粉末床を運搬する造形モジュールや、又は付加製造（積層造形）プロセスで造形材料（の体積）を運搬して造形材料を提供する投与モジュールが使用されている。さらに、運搬要素の位置の逸脱（ズレ）は、運搬要素上へ塗布される造形材料の層の厚さ又は投与モジュールを介して提供される粉末の体積（量）の逸脱を招くため、粉末モジュールのそれぞれの運搬要素の位置決め又は位置決め精度が、プロセス及び物体の品質にとって非常に重大であることが、従来技術から知られている。

造形材料の層の厚さの変動により、物体の機械的特性が異なる可能性があるため、一定の層厚さを実現する必要がある。したがって、運搬要素の位置決めが厳密に得られることを確実にする必要がある。運搬要素によって運搬される造形材料の重量の増減のため、逸脱してしまう結果、前述の問題を招く可能性もある。さらに、運搬要素にかかる負荷が変化するときに運搬要素の位置決めの逸脱が生じないことを保証する必要がある。

事前定義された位置決め精度が得られているかどうか、又は運搬要素の定義された位置が負荷を受けて実際に得られた位置から逸脱するかどうかを検証するために、典型的には、粉末モジュールの運搬要素の負荷状態及び無負荷状態で測定が実行される。通常、運搬要素にかかる負荷を生成するために、運搬要素上へ重りをそれぞれ追加又は配置して、運搬要素上に載っている造形材料を「シミュレート」する。粉末モジュールを「負荷」及び「無負荷」状態にする手順は、サービススタッフが手動で重り板などの重み付け要素を挿入し、測定が終了した後にその重み付け要素を除去する必要があるため、時間及び労力がかかる。さらに、定義された量の重み付け要素を機械のある場所で利用可能にする必要があり、特に試験しなければならない機械まで輸送する必要がある。

３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置の造形体積（造形量）は着実に増大しているため、運搬要素上に載っているのと同等の量の造形材料を「シミュレート」するために、必要とされる重み付け要素の数も着実に増大している。たとえば、通常の付加製造（積層造形）プロセスで運搬要素上に載っているはずの対応する量の造形材料をシミュレートするには、対応する数の重み付け要素が、数１００ｋｇ、特に２５０ｋｇ超、好ましくは５００ｋｇ超の負荷を有する必要がある。したがって、サービススタッフにとって、対応する重み付け要素を装置まで輸送し、装置内へ重み付け要素を搭載し、また装置から取り出し、重み付け要素を送り返すことは厄介であり、特に時間及び労力がかかる。

本発明の目的は、運搬要素の位置決め精度の改善された測定を可能にする改善された負荷生成デバイスを提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の負荷生成デバイスによって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に準拠する。

本明細書に記載の負荷生成デバイスは、エネルギー源、たとえばエネルギービーム、特にレーザビーム又は電子ビームによって固化することができる粉末状の造形材料（「造形材料」）の層を連続して選択的に層ごとに固化することによって３次元の物体、たとえば技術的構成要素を付加製造（積層造形）する装置向けの負荷生成デバイスである。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマーの粉末とすることができる。それぞれのエネルギービームは、レーザビーム又は電子ビームとすることができる。それぞれの装置は、たとえば、選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置とすることができる。別法として、造形材料を連続して層ごとに選択的に固化することは、少なくとも１つの結合材料を介して実行することができる。結合材料は、対応する塗布ユニットによって塗布することができ、たとえば適したエネルギー源、たとえばＵＶ光源によって照射することができる。

この装置は、その動作中に使用される複数の機能ユニットを備えることができる。例示的な機能ユニットには、処理チャンバや、処理チャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームによって選択的に照射するように適合された照射デバイスや、及び所与の流れ特性、たとえば所与の流れプロファイル、流速など、で処理チャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス状流体流を生成するように適合された流れ生成デバイスが挙げられる。ガス状流体流は、処理チャンバを通って流れる間に、固化されていない粒子状の造形材料、特に装置の動作中に生成される煙又は煙残留物を充填することが可能である。ガス状流体流は、典型的には不活性であり、すなわち典型的には、不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。

本明細書に記載の負荷生成デバイスは、粉末モジュールの運搬要素にかかる負荷を生成し、負荷状態における運搬要素の測定を可能にするために使用される。言い換えれば、運搬要素にかかる負荷は、負荷生成デバイスを介して「シミュレート」され、運搬要素上に載っている定義された量の造形材料に起因する対応した負荷が、負荷生成デバイスを介して運搬要素上へ印加される。したがって、負荷生成デバイスは、運搬要素の「負荷状態」の測定を可能にするために、粉末モジュール又は装置に、特に装置の処理チャンバ内で、連結されるか又は連結することができる。したがって、粉末モジュールの取り付けられた状態で、すなわちこの装置の処理チャンバ内で、運搬要素の測定、特に運搬要素の位置決め精度の測定を実行することも可能である。

本発明は、負荷生成デバイスが、調整可能であるか又は調整された力を運搬要素に印加するように適合された少なくとも１つの負荷生成ユニットを備えるという概念（アイデア）に基づいている。したがって、少なくとも１つの負荷生成ユニットは、力が印加されて運搬要素の方へ誘導されるように、すなわち運搬要素を押すように、又は運搬要素を引くように、それぞれ運搬要素に結合することができる。調整可能であるか又は調整された力を印加するように適合された負荷生成デバイス、特に負荷生成ユニットを有することによって、「シミュレート」すべき造形材料の対応する体積（量）に応じて、運搬要素にかかる力を調整することができる。言い換えれば、造形チャンバ又は投与チャンバの体積に応じて、運搬要素上に載っている同等の体積の造形材料が運搬要素に印加するはずの対応した力に一致する対応力を調整することができる。

さらに、その中に位置決めされた運搬要素の位置に応じて、負荷生成デバイスを介して生成される負荷又は力を変動させることも可能である。粉末モジュールは、付加製造（積層造形）プロセスで造形材料を受け取るか、それとも造形材料を提供するかにかかわらず、運搬要素の位置に応じて運搬要素に異なる力を印加する。たとえば、投与モジュールの運搬要素上に載っている造形材料の重量は、運搬要素が（造形材料を提供する際に）最初の位置から上方へ動かされるとともに減少する。これは、造形モジュール上に造形材料の新しい層を生成するために造形材料が使用されるにつれて、造形材料が投与モジュールの運搬要素から取り出されるからである。したがって、造形モジュールの運搬要素に印加される負荷もまた、造形モジュールの運搬要素の位置とともに変動する。これは、造形材料の新しい層が造形モジュールの運搬要素上へ連続して塗布されるにつれて、運搬要素が下降し、より多くの造形材料を受け取るため、造形モジュールの運搬要素上に載っている造形材料の体積により印加される負荷が増大するからである。

本発明は特に、運搬要素をステップで動かすことができるため、造形材料の層ごとの塗布をシミュレートすることを可能にし、負荷生成デバイスを介して生成される負荷を調整することができ、それにより通常は造形材料の新しい層が運搬要素上へ塗布される（又は運搬要素から取り出される）各ステップで、それに応じて負荷を調整することができる。当然ながら、造形材料の複数の層の塗布に対応するステップで運搬要素を動かすことも可能であり、それに応じて負荷生成デバイスを介して生成される負荷を調整することができる。

負荷生成デバイスの位置、粉末モジュールの特徴・特性、特に投与モジュールであるか、それとも造形モジュールであるかということや、又は負荷生成デバイスを介して負荷が生成される基本的な機構に応じて、運搬要素の運動方向に又は運搬要素の運動方向とは逆方向に印加される力成分をもたせることが可能である。「運搬要素の運動方向」という用語は、付加製造（積層造形）プロセスにおいて運搬要素が動かされる方向を指す。粉末モジュールが投与モジュールとして構築される場合、投与モジュールの運搬要素は造形平面上へ塗布すべき新しい造形材料を提供するために上方へ動かされるため、運搬要素の対応する運動方向は上方になるはずである。

それに対応して、粉末モジュールが造形モジュールとして構築される場合、造形材料の新しい層を造形平面内に塗布することができるように新しい造形材料を受け取るために造形モジュールの運搬要素が下方へ動かされるため、運搬要素の運動方向は下方になるはずである。基本的に、負荷生成デバイスを介して「シミュレート」される負荷は、運搬要素上に載っている対応する量の造形材料に起因する重力の作用をシミュレートするはずである。したがって、負荷をシミュレートするために、上から運搬要素を「押す」力成分又は下から運搬要素を「引く」力成分を有することが可能である。しかし、運搬要素の方へ誘導され、たとえば運搬要素を押す力を生成するように適合された負荷生成デバイス、特に負荷生成ユニットを有することが好ましい。

当然ながら、負荷生成デバイスは、粉末モジュールが装置内に配置されていない状態で、粉末モジュールに連結することができる。したがって、負荷生成デバイスは、たとえば、３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置から分離された別個のデバイスとして構築することができる。したがって、対応する粉末モジュールは、粉末モジュールを負荷生成デバイスに連結することによって試験することができ、負荷生成デバイスは、粉末モジュールの運搬要素が少なくとも１つの位置内に位置決めされたときに粉末モジュールの運搬要素にかかる対応した力を生成する。したがって、定義された位置と、「負荷状態」で実現される位置とを比較することができる。

負荷生成デバイスの好ましい実施形態によれば、特に運搬要素の最初の位置に対する運搬要素の位置及び／又は移動経路を判定するように適合された少なくとも１つの位置判定デバイスが提供される。位置判定デバイスは、たとえば運搬要素の最初の位置に対する運搬要素の位置及び／又は移動経路を判定（決定）することを可能にする。したがって、負荷生成デバイスによって、対応する負荷を運搬要素に印加することができ、位置判定デバイスを介して、運搬要素が存在する位置を判定することができる。したがって、運搬要素は、たとえば造形モジュール上へ塗布される層の所望の層厚さに対応するステップ、又は投与平面内に提供される造形材料（若しくは複数の層厚さ）に対応するステップで、事前定義された位置に動かすことができ、負荷生成デバイスを介して、運搬要素に印加される対応する負荷を「シミュレート」することができる。当然ながら、負荷生成デバイスは、粉末チャンバ（造形チャンバ又は投与チャンバ）が完全に充填された（又は定義された程度まで充填された）場合に運搬要素に印加される最大負荷（又は最大負荷の事前定義された率）に対応する力を運搬要素に対して生成することも可能である。

好ましくは、運搬要素の位置及び／若しくは移動経路の判定、並びに位置及び／若しくは移動経路の設定された値との比較、又は設定された位置と実際に得られた位置（及び／若しくは移動経路）との間で逸脱（ズレ）が生じたかどうかの判定は、運搬要素の移動経路全体にわたって実行される。

少なくとも１つの位置判定デバイスは、少なくとも１つの
− 光学的判定ユニット、特にレーザ干渉計、及び／又は
− 容量判定ユニット、及び／又は
− 誘導判定ユニット、及び／又は
− 機械的判定ユニット、及び／又は
− 超音波判定ユニット、及び／又は
− 渦電流判定ユニット
として構築ことができるし、又はこれを備えることができる。

したがって、１つ又は複数の異なるやり方で、特に冗長的に、運搬要素の位置及び／又は運搬要素の移動経路を判定することができる。たとえば、レーザ干渉計などの光学的判定ユニットを使用して、運搬要素の実際の位置を判定し、又はたとえば最初の位置に対する移動経路を判定することができる。運搬要素の位置及び／又は移動経路を判定するために、容量判定ユニット及び／又は誘導判定ユニットを有することも可能である。追加又は別法として、触覚センサなどの機械的判定ユニット又は超音波判定ユニットを使用することもできる。また、渦電流判定ユニットを使用して、運搬要素の位置及び／又は移動経路を検出することもできる。

負荷生成デバイスは、少なくとも１つの位置判定デバイスを保持するように適合された保持ユニットをさらに備えることができる。たとえば、負荷生成デバイスは、負荷生成デバイスを介して生成される力の流れ（領域）の範囲内にない構造に、特に負荷生成ユニットによって運搬要素に印加される力と同じ流れの中にない構造に連結することができる。したがって、負荷生成デバイスによって生成される負荷が、保持ユニットの位置、したがって位置判定デバイスの位置に影響を及ぼすことも回避することができる。したがって、位置判定デバイスの支持体及び負荷生成ユニットの支持体が、運搬要素に対して生成される力の流れから切り離されるため、位置及び／又は移動経路の判定に対する影響を回避することができる。

たとえば、位置判定デバイスは、この装置の少なくとも１つの構造又は構成要素に連結することができ、又はそれを介して保持することができ、たとえば造形平面内に造形材料を塗布するように適合された塗布ユニットに連結することができる。概して、位置判定デバイスの位置は、位置判定デバイスが運搬要素の位置及び／又は移動経路を正確に判定することができることが保証される限り、任意に選択することができる。

さらに、少なくとも１つの負荷生成ユニットは、少なくとも１つの
− 油圧要素、及び／又は
− 少なくとも１つの空気圧要素、及び／又は
− 少なくとも１つの機械的要素、特にスピンドルドライブ、
として構築されるか又はそれを備える少なくとも１つのアクチュエータを備えることができる。

前述したように、運搬要素にかかる負荷は、負荷生成デバイスに割り当てられた少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して印加することができる。したがって、少なくとも１つの負荷生成デバイスは、少なくとも１つの油圧要素及び／又は少なくとも１つの空気圧要素及び／又は少なくとも１つの機械的要素、特にスピンドルドライブとして構築されるか又はそれを備える少なくとも１つのアクチュエータを備える。言い換えれば、アクチュエータは、運搬要素に力を印加するために使用され、この力は調整することができる。この力は、異なるやり方で、特に油圧で、空気圧で、又は機械的に生成することができる。

アクチュエータは特に、油圧又は空気圧シリンダとして構築することができるし、又はそれを備えることができ、運搬要素に印加される力は、油圧シリンダ又は空気圧シリンダ内の圧力を介して調整することができる。したがって、アクチュエータは、スピンドルドライブを備えることができ、スピンドルドライブの動きに応じて、運搬要素に対して生じる対応した力を調整することができる。

本発明の負荷生成デバイスは、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して運搬要素に印加される負荷を判定するように適合された少なくとも１つの負荷判定ユニットが提供されるようにさらに改善することができる。したがって、負荷判定ユニットを使用して、正確な負荷が運搬要素に印加されたかどうかを検証することができる。さらに、運搬要素に印加される負荷は、負荷判定ユニットを介して判定された負荷に応じて調整することができる。したがって、負荷生成ユニットを介して負荷を印加し、負荷判定ユニットを介して判定することによって、閉フィードバックループを実現することができる。さらに、運搬要素に負荷を印加するために２つ以上の負荷生成ユニットが使用される場合、それぞれの負荷判定ユニットを介して、すべての負荷生成ユニットが運搬要素に定義された負荷（特に同じ負荷）を印加することを保証することができる。

負荷生成デバイスの別の実施形態によれば、少なくとも１つの負荷生成ユニットは、位置決めデバイスに連結することができ、位置決めデバイスは、特にスピンドルドライブを備えることができ、特に運搬要素に対して負荷生成ユニットを位置決めするように適合される。位置決めデバイスは、負荷生成デバイスの対応する負荷生成ユニットを運搬要素に対して位置決めするために使用することができる。特に、位置決めデバイスは、負荷生成ユニットを運搬要素に接触させるように設けることができる。位置決めデバイスは、たとえば、クイックリリース、特にクランプ締め付け要素、及びレール要素などの案内要素として構築することができるし、又はそれを備えることができる。

したがって、クランプ又はクイックリリースが開状態にある限り、負荷生成ユニットを運搬要素に対して動かすことができる。負荷生成ユニットが運搬要素に接触した後、クイックリリース又はクランプを閉じることができる。その後、負荷生成ユニットによって負荷を印加することができる。したがって、位置決めデバイスは、負荷生成ユニットを迅速且つ効率的に位置決めすること、特に負荷生成ユニットを運搬要素に接触させることを可能にする。

したがって、負荷生成ユニット自体によって、運搬要素に対する負荷生成ユニットの位置決め又は接触を実行する必要はない。したがって、位置決めデバイスを介して負荷生成ユニットを運搬要素に接触させることができ、運搬要素に力を印加するためだけに負荷生成ユニットを使用することができることが確実になるため、負荷生成ユニットによってカバーされなければならない移動経路を大幅に小さくすることができる。

負荷生成デバイスは、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して運搬要素に印加される負荷を制御するように適合された制御ユニットをさらに備えることができるし、又は制御ユニットに連結することができる。好ましくは、負荷生成ユニットは、負荷判定ユニットを介して判定されたデータを受け取る。したがって、制御ユニットを介して、少なくとも１つ、特に複数の負荷生成ユニットを介して印加される負荷を制御することができる。好ましくは、すべての負荷生成ユニットが、運搬要素に同じ負荷を印加する。そうすることによって、運搬要素にかかる負荷分布が均一であること、及び運搬要素に不均一な負荷がかからないことを保証することができる。不均一な負荷分布は、粉末チャンバに対する運搬要素の位置決めの誤差を招く可能性があり、さらには運搬要素が相互作用する支持体又はガイドなどの粉末モジュールの構造要素を傷つける可能性もある。制御ユニットは、各負荷生成ユニットを介して印加される力を制御するように特に適合される。好ましくは、制御ユニットは、すべての負荷生成ユニットを介して印加される力を整合させることができる。

負荷生成デバイスの別の実施形態によれば、制御ユニットは、事前設定されたパラメータに応じて、特に粉末チャンバ体積及び／又は造形材料パラメータ、好ましくは粉末モジュール内で使用される造形材料の密度に応じて、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して印加される力を制御するように適合させることができる。事前設定されたパラメータに応じて、制御ユニットは、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して印加される力を制御することができる。事前設定されたパラメータでは、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して生成される負荷が、対応する造形材料によって印加されるはずの負荷や運搬要素上に載っている対応する量の造形材料を「シミュレート」するように、粉末チャンバ体積及び／又は造形材料パラメータを定義することができる。

したがって、好ましくは事前設定されたパラメータは、付加製造（積層造形）プロセスで使用される特有の材料の密度に関する情報を含む。さらに、粉末チャンバのサイズは、特に粉末チャンバに対する運搬要素の位置に応じて、どれだけの造形材料が運搬要素に塗布されるかを計算に入れて、プロセスパラメータに定義することができる。加えて、たとえば材料密度又は粉末チャンバのサイズに応じて、たとえば異なる造形材料又は粉末チャンバ体積のサイズに対してクラスを定義することができる。したがって、異なる材料及び異なる粉末チャンバを、たとえばそれらのサイズ及び密度に応じて、同じクラスに割り当てることができる。

負荷生成デバイスは、好ましくは４つの負荷生成ユニットを備え、これらの負荷生成ユニットは、好ましくは、運搬要素に対して対称に配置される。したがって、運搬要素に印加される負荷が均一に分散されることを保証するために、負荷生成ユニットの対称の配置が、たとえば方形の配置が実行可能である。

さらに、本発明は、エネルギー源によって固化することができる造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置に関し、この装置は、運搬デバイスを備える粉末モジュールを備え、運搬デバイスは、運搬要素を駆動するように適合された駆動デバイスを有し、粉末モジュール又は装置に、特に装置の処理チャンバ内で、分離可能に連結されるか又は連結可能である負荷生成デバイス、特に前述した本発明の負荷生成デバイスが提供され、負荷生成デバイスは、調整可能である力又は調整された力を運搬要素に印加するように適合された少なくとも１つの負荷生成ユニットを備える。

加えて、本発明は、３次元を付加製造（積層造形）する装置の粉末モジュール向けの少なくとも１つの負荷生成デバイス、特に前述した本発明の負荷生成デバイスを動作させる方法に関し、粉末モジュールは、少なくとも１つの可動の運搬要素を有する運搬デバイスを備え、運搬デバイスは、運搬要素を駆動するように適合された駆動デバイスを有し、負荷生成デバイスは、特に装置の処理チャンバ内で、粉末モジュール又はこの装置に分離可能に連結されるか又は連結可能であり、その際、少なくとも１つの負荷生成ユニットを介して調整可能であるか又は調整された力が運搬要素に印加される。

位置決め精度を、特に運搬要素の最初の位置に対する運搬要素の位置及び／又は移動経路を測定するために、負荷生成デバイスを粉末モジュールに連結することができ、特に３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置の処理チャンバ内に負荷生成デバイスを取り付けることができる。したがって、負荷生成デバイスを装置の処理チャンバ内へ挿入し、装置の構造に取り付けることができ、特に装置の処理平面に取り付けることができる。さらに、負荷生成デバイスは、別個の粉末モジュールに連結することができ、たとえば粉末モジュールの頂部に取り付けることができる。

その後、粉末モジュールの運搬要素の少なくとも１つの位置及び／又は移動経路の少なくとも１つの測定を実行することができる。好ましくは、運搬要素の複数の位置が測定され、この測定は、負荷生成デバイスを介して運搬要素に対応する力が印加される運搬要素の負荷状態で実行されるとともに、この測定はまた、負荷生成デバイスを介して運搬要素に力が印加されない運搬要素の無負荷状態でも実行される。したがって、特に運搬要素の位置決め精度に関する運搬要素の負荷状態と無負荷状態との間の逸脱を、好ましくは運搬要素の複数の位置に対して導出することができる。

運搬要素の測定が終了した後、負荷生成デバイスを粉末モジュールから取り外すことができ、特に負荷生成デバイスを装置の処理チャンバから取り出すことができる。したがって、運搬要素を無負荷にした状態及び運搬要素に力が印加された状態で、運搬要素の少なくとも１つの位置の少なくとも１つの測定を実行することができる。したがって、対応する力を運搬要素に印加するために、負荷生成デバイスが使用される無負荷状態と負荷状態との間の直接的な比較を行うことができる。負荷は、粉末チャンバ体積及び／又は造形材料パラメータ、特に造形材料の密度に応じて調整することができる。造形材料パラメータ、たとえば造形材料の密度及び粉末チャンバの体積は、運搬要素の各位置で印加される負荷を定める。

運搬要素は、粉末チャンバ体積の底側の境界を定めるため、運搬要素の位置が変動することで、粉末チャンバ体積が増減する。どのタイプの造形材料が使用されるかを、特に造形材料の密度、及び対応する位置に対する粉末チャンバ体積の実際のサイズを計算に入れることによって、正確な力を運搬要素に印加することができ、又は言い換えれば負荷生成デバイスを介して、運搬要素上に載っている対応する量の造形材料によって運搬要素に印加されるはずの力を「シミュレート」することができる。

さらに、運搬要素の位置の測定は、少なくとも２つの異なる位置で、特に運搬要素の移動経路全体にわたって、実行される。好ましくは、少なくとも２つの位置間の距離は、付加製造（積層造形）プロセスで実現される造形材料の層の層厚さに依存する。当然ながら、層厚さの（整数）倍を介して隔置される位置を測定することもできるため、複数の層厚さを計算に入れることもできる。したがって、造形平面内に塗布された造形材料の量に応じて又は対応する投与モジュールを介して提供しなければならない造形材料の量に応じて、運搬要素が上下させられるため、粉末モジュールに対する付加製造（積層造形）プロセスをシミュレートすることができる。

したがって、投与モジュールによって提供される造形材料の量及び造形平面上へ塗布される層の層厚さ又は数に応じて、２つの測定位置間の距離を変動させることができる。運搬要素の移動経路全体にわたってすべての位置を測定することによって、移動経路に沿って生じた逸脱に関して結論を出すことができる。特に、運搬要素の移動経路全体にわたって位置決め精度が得られることを保証することができる。

本発明の例示的な実施形態について、図を参照して説明する。これらの図は概略図である。

本発明の負荷生成デバイスを有する本発明の装置を示す図である。 図１の本発明の負荷生成デバイスを詳細に示す図である。 本発明の負荷生成デバイスに対する底板を示す図である。 図１、図２の本発明の負荷生成デバイスに対する保持構造の詳細を示す図である。 図１、図２の本発明の負荷生成デバイスに対する受け取り要素の詳細を示す図である。

図１は、エネルギー源、たとえばビーム生成ユニット及びビーム案内ユニットを備える照射デバイス２によって固化することができる造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置１を示す。当然ながら、この装置は、造形材料を選択的に固化するように適合されたあらゆる任意のエネルギー源を使用することができる。

装置１は、投与モジュール３、造形モジュール４、及び溢流モジュール５を備える。図１から導出することができるように、投与モジュール３、造形モジュール４、及び溢流モジュール５は、処理平面９内の対応する開口６、７、及び８内に配置される。処理平面９は、装置１の処理チャンバ１０の底側の境界を定める。図１からさらに導出することができるように、投与モジュール３及び造形モジュール４はそれぞれ、運搬デバイス１１を備え、運搬デバイス１１は、運搬デバイス１１の運搬要素１３を駆動するように適合された駆動デバイス１２を有する。装置１の通常動作では、投与モジュール３の運搬要素１３は、処理平面９の開口６内に配置された投与平面内に投与モジュール３によって提供される新しい造形材料を運搬する。したがって、造形モジュール４の運搬要素１３は、処理平面９の開口７に配置された造形平面内に配置された造形材料を運搬する。

言い換えれば、たとえば塗布ユニット１４を介して、投与平面内で造形材料を持ち上げることができ、造形平面へ運ぶことができる。したがって、造形材料は、投与モジュール３から造形モジュール４へ連続して運ばれる。図１は、投与モジュール３の運搬要素１３が上方へ動くとき、塗布ユニット１４へ造形材料を供給することができ、この造形材料を造形モジュール４へ、特に造形平面（処理平面９の開口７内に配置される）へ運ぶことができることをさらに示す。したがって、投与モジュール３及び造形モジュール４の運搬要素１３の厳密な位置決めは、付加製造（積層造形）された物体のプロセス品質及び物体品質にとって重要である。したがって、定義された位置決め精度を得る必要がある。

運搬要素１３のそうした位置決め精度が得られることを確実にするために、装置１は、造形モジュール４の頂部上に連結された負荷生成デバイス１５を備える。負荷生成デバイス１５は、運搬要素１３にかかる負荷を生成して、運搬要素１３上に載っている造形材料を「シミュレート」するために提供される。負荷生成デバイス１５は、投与モジュール３の頂部に連結することもできることが自明である。

図２は、負荷生成デバイス１５の特有の機構を示す。負荷生成デバイス１５は、保持構造１６を備え、負荷生成デバイス１５は、保持構造１６によって造形モジュール４の頂部に連結される。保持構造１６に位置決めデバイス１７が連結され、位置決めデバイス１７は、負荷生成デバイス１５の負荷生成ユニット１８を保持構造１６に連結する。負荷生成ユニット１８は、運搬要素１３にかかる負荷（矢印１９によって示す）を生成するように適合される。負荷生成ユニット１８を位置決めするために、特に負荷生成ユニット１８を運搬要素１３に接触させるために、好ましくは位置決めデバイス１７を締め付けるように適合されたクイックリリース２０などの迅速調整手段を介して、保持構造１６に対する位置決めデバイス１７の相対位置を調整することができる。

したがって、負荷生成ユニット１８は、矢印１９によって示すように負荷生成ユニット１８が力を印加するように適合される運搬要素１３の位置へ迅速に調整することができる。負荷生成デバイス１５は、最初の位置、たとえば処理平面９に対する運搬要素１３の位置及び／又は運搬要素１３の移動経路を判定（決定）するように適合された位置判定デバイス２１をさらに備える。

負荷生成デバイス１５は、負荷生成ユニット１８と運搬要素１３との間に配置された負荷判定ユニット２２をさらに備える。負荷判定ユニット２２は、負荷生成ユニット１８を介して運搬要素１３に印加される負荷を判定（決定）するように適合される。加えて、負荷生成デバイス１５は、負荷判定ユニット２２を介して判定された負荷並びに位置判定デバイス２１によって判定された位置及び／又は移動経路を受け取るように適合された制御ユニット２３を備える。さらに、制御ユニット２３は、負荷生成ユニット１８を介して印加される負荷を制御するように適合される。

造形モジュール４（又は投与モジュール３）の粉末チャンバによって境界が定められ、特に粉末チャンバ壁及び運搬要素１３によって境界が定められた現在の粉末チャンバ体積２４と、付加製造（積層造形）プロセスで使用される造形材料の少なくとも１つの事前定義されたパラメータとに応じて、制御ユニット２３は、負荷生成ユニット１８を介して運搬要素１３に印加される力を調整することができる。したがって、負荷生成デバイス１５は、通常製造プロセス中に運搬要素１３が同じ位置にある状態で運搬要素１３上に載っている対応する量の造形材料によって運搬要素１３に印加されるはずの力を「シミュレート」するように適合される。

好ましくは、運搬要素１３の位置は、複数の位置に対して判定され、特に付加製造（積層造形）プロセスで使用される運搬要素１３の移動経路全体にわたって判定される。各位置は、運搬要素１３の無負荷状態及び負荷状態で判定することができ、負荷生成ユニット１８は、負荷状態で力を生成するように適合され、無負荷状態では運搬要素１３に力が印加されない。したがって、負荷状態及び無負荷状態における対応する位置間の比較を実現して、負荷を受けた運搬要素１３に位置決め精度の逸脱が生じるかどうかを監視することができる。

測定が実行される２つの位置間の距離は、好ましくは、付加製造（積層造形）プロセスで使用される造形材料の層厚さに依存する。言い換えれば、運搬要素１３が動かされて測定されるステップは、対応する付加製造（積層造形）プロセスで運搬要素１３が動かされるはずのステップに依存する。したがって、投与モジュール３の運搬要素１３の位置は、投与平面に提供しなければならない造形材料の量に依存する。したがって、これらのステップのサイズ、又は造形モジュール４の運搬要素１３の２つの位置間の距離は、付加製造（積層造形）プロセスで運搬要素１３が下降して新しい造形材料を造形平面内に塗布するための空間を提供するステップに対応する。

図３は、負荷判定ユニット２２を受け入れることができる４つの凹部２６を備える底板２５を示す。したがって、底板２５は、上述したように、４つの負荷生成ユニット１８を備える負荷生成デバイス１５とともに使用することができる。図３に示す例示的な実施形態では、凹部２６及び負荷判定ユニット２２は、円筒形の形状を含む。しかし、方形の横断面などのあらゆる他の任意の形状又は横断面が可能である。底板２５は、負荷生成ユニット１８によって生成される負荷を誘起するように、運搬要素１３上に配置することができる。凹部２６を備える底板として運搬要素１３を構築することも可能である。この場合、運搬要素１３内の凹部２６は、通常動作モードで、凹部２６を充填し、付加製造（積層造形）プロセスで造形材料が凹部２６に入るのを防止するために、対応する要素で充填することができる。

さらに、負荷生成ユニット１８の１つを介して生成される負荷を負荷判定ユニット２２へ伝達するために、円形又は環状の円板又は円筒として構築することができる負荷伝達要素２７を設けることができる。図３に示す例示的な実施形態では、１つの凹部は空であり、１つの負荷判定ユニット２２は、凹部２６内へ挿入されるところであり、１つの負荷判定ユニット２２は、凹部２６内に配置され、１つの凹部２６は、負荷判定ユニット２２で充填され、負荷判定ユニット２２は、負荷伝達要素２７によって覆われている。当然ながら、負荷生成ユニット１８の動作の際、すべての凹部２６は、対応する負荷生成ユニット１８に連結された負荷判定ユニット２２を含み、各負荷判定ユニットは、対応する負荷伝達要素２７で覆うことができる（任意選択）。したがって、負荷伝達要素２７は、負荷生成ユニット１８と負荷判定ユニット２２との間に配置することができる。

図４は、図１、図２に示す保持構造１６を詳細に示す。保持構造１６は、概して方形の形状を含み、保持構造１６は、処理平面９内に配置された受け取り要素２８に取り付けることができ、たとえば装置１の枠に連結することができる。好ましくは、受け取り要素２８は、処理平面９内の凹部内に配置され、これらの凹部は、装置１の通常動作モードで、造形材料が対応する凹部内に入るのを防止するために、対応するカバー要素で覆うことができる。

図４からさらに導出することができるように、受け取り要素２８は、保持構造１６の連結部２９に受け取り要素２８を連結するポジティブ・ロック・フィットを介して、保持構造１６に係合される。したがって、保持構造１６が受け取り要素２８上に取り付けられた状態で、それぞれの連結手段は、装置１の処理チャンバ１０内に保持構造１６を厳密に位置決めするポジティブ・ロック・フィットを生成する。連結部２９及び受け取り要素２８は、保持構造１６の正確な位置決めをさらに高める傾斜面をさらに備える。当然ながら、ねじなどの追加の締結手段を使用して、貫通孔３０を介して示すように、連結部２９と対応する受け取り要素２８との間の連結を締結することができる。当然ながら、連結部及び／又は受け取り要素２８の横断面は、あらゆる任意の形状とすることができる。

図５は、好ましくは処理平面９内へ一体化することができる受け取り要素２８の１つの詳細図を示す。受け取り要素２８は、傾斜面３１を含み、傾斜面３１内には、負荷判定ユニット２２の保持構造１６との係合状態において、連結部２９及び受け取り要素２８の連結を固定する締結手段を受け入れるための孔３０が設けられる。その特徴的な形状、特に幾何学的特徴３２のため、対応する保持構造１６のみを、提供された受け取り要素２８上に適切に取り付けることができることが保証される。当然ながら、受け取り要素２８を対応する連結部２９に連結するために、あらゆる他の任意の形状を使用することができる。たとえば、処理平面９又は処理平面９内に配置された凹部への一体化が必要でない場合、蟻継ぎ連結を使用することもできる。

１ 付加製造装置
２ 照射デバイス
３ 投与モジュール
４ 造形モジュール
５ 溢流モジュール
６ 開口
７ 開口
８ 開口
９ 処理平面
１０ 処理チャンバ
１１ 運搬デバイス
１２ 駆動デバイス
１３ 運搬要素
１４ 塗布ユニット
１５ 負荷生成デバイス
１６ 保持構造
１７ 位置決めデバイス
１８ 負荷生成ユニット
１９ 運搬要素１３にかかる負荷
２０ クイックリリース
２１ 位置判定デバイス
２２ 負荷判定ユニット
２３ 制御ユニット
２４ 粉末チャンバ体積
２５ 底板
２６ 凹部
２７ 負荷伝達要素
２８ 受け取り要素
２９ 連結部
３０ 孔
３１ 傾斜面
３２ 幾何学的特徴

Claims (15)

1. ３次元の物体を付加製造する装置（１）の粉末モジュール（３、４）向けの負荷生成デバイス（１５）であって、
   前記負荷生成デバイス（１５）は、
   造形モジュール（４）の一部に接続可能な保持構造（１６）と、
   粉末モジュール（３、４）の運搬要素（１３）に力を印加するように適合された少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）であって、前記運搬要素（１３）は前記運搬要素（１３）を駆動するように適合された運搬デバイス（１１）の動作によって可動であり、前記力は前記運搬要素（１３）の運動方向に又は前記運動方向とは逆方向に印加される少なくとも１つの力成分を含む、少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）と、
   前記負荷生成ユニット（１８）を前記運搬要素（１３）に対して位置決めするように適合された位置決めデバイス（１７）と、
   前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）からの前記力によって前記運搬要素（１３）に印加される負荷を判定するように適合された少なくとも１つの負荷判定ユニット（２２）、
   を備える、
   負荷生成デバイス（１５）。
2. 少なくとも１つの位置判定デバイス（２１）が、前記運搬要素（１３）の位置及び／又は移動経路を判定するように適合されることを特徴とする、
   請求項１に記載の負荷生成デバイス。
3. 前記少なくとも１つの位置判定デバイス（２１）は、少なくとも１つの
   − 光学的判定ユニット、及び／又は
   − 容量判定ユニット、及び／又は
   − 誘導判定ユニット、及び／又は
   − 機械的判定ユニット、及び／又は
   − 超音波判定ユニット、及び／又は
   − 渦電流判定ユニット、
   として構築されるか、又はそれを備えることを特徴とする、
   請求項２に記載の負荷生成デバイス。
4. 前記少なくとも１つの位置判定デバイス（２１）を保持するように適合された保持ユニットを備える、
   請求項２または３に記載の負荷生成デバイス。
5. 少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）が、少なくとも１つの
   − 油圧要素、及び／又は
   − 少なくとも１つの空気圧要素、及び／又は
   − 少なくとも１つの機械的要素、
   を備える、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス。
6. 前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）が前記位置決めデバイス（１７）に連結され、
   前記位置決めデバイス（１７）はスピンドルドライブを備える、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス。
7. 前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）を介して前記運搬要素（１３）に印加される前記負荷を制御するように適合された制御ユニット（２３）を備える、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス。
8. 前記位置決めデバイス（１７）は、前記制御ユニット（２３）を介して制御される前記運搬要素（１３）に印加される前記負荷に応じて前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）を位置決めするように適合される、
   請求項７に記載の負荷生成デバイス。
9. 前記位置決めデバイス（１７）及び／又は前記制御ユニット（２３）は、対応する前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）を介して印加される前記力を制御するように適合される、
   請求項８に記載の負荷生成デバイス。
10. 複数の負荷生成ユニット（１８）を含み、
    前記位置決めデバイス（１７）及び／又は前記制御ユニット（２３）は、負荷生成ユニット（１８）のそれぞれによって印加される力が互いに整合するように、前記複数の負荷生成ユニット（１８）の各々を介して印加される前記力を制御するように適合されている、
    請求項９に記載の負荷生成デバイス。
11. 前記制御ユニット（２３）は、前記粉末モジュール（３、４）によって定められる粉末チャンバ体積（２４）及び／又は前記粉末モジュール（３、４）内で使用される又は使用が意図されている造形材料に対応する造形材料パラメータに応じて、前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）を介して印加される前記力を制御するように適合される、
    請求項８〜１０のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス。
12. 前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）は、４つの負荷生成ユニット（１８）を備える、
    請求項１〜１１のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス。
13. エネルギー源によって固化することができる造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造する装置（１）であって、
    運搬要素（１３）を駆動するように適合された駆動デバイス（１２）を有する運搬デバイス（１１）を備える粉末モジュール（３、４）と、
    請求項１〜１２のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス（１５）、
    を備え、
    前記負荷生成デバイス（１５）は、
    造形モジュール（４）の一部に接続可能な保持構造（１６）と、
    粉末モジュール（３、４）の運搬要素（１３）に力を印加するように適合された少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）であって、前記運搬要素（１３）は前記運搬要素（１３）を駆動するように適合された運搬デバイス（１１）の動作によって可動であり、前記力は前記運搬要素（１３）の運動方向に又は前記運動方向とは逆方向に印加される少なくとも１つの力成分を含む、少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）と、
    前記負荷生成ユニット（１８）を前記運搬要素（１３）に対して位置決めするように適合された位置決めデバイス（１７）と、
    前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）からの前記力によって前記運搬要素（１３）に印加される負荷を判定するように適合された少なくとも１つの負荷判定ユニット（２２）、
    を含む、
    装置（１）。
14. ３次元の物体を付加製造する装置（１）の粉末モジュール（３、４）向けの少なくとも１つの請求項１〜１２のいずれか一つに記載の負荷生成デバイス（１５）を動作させる方法であって、
    前記負荷生成デバイス（１５）は、
    造形モジュール（４）の一部に接続可能な保持構造（１６）と、
    粉末モジュール（３、４）の運搬要素（１３）に力を印加するように適合された少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）であって、前記運搬要素（１３）は前記運搬要素（１３）を駆動するように適合された運搬デバイス（１１）の動作によって可動であり、前記力は前記運搬要素（１３）の運動方向に又は前記運動方向とは逆方向に印加される少なくとも１つの力成分を含む、少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）と、
    前記負荷生成ユニット（１８）を前記運搬要素（１３）に対して位置決めするように適合された位置決めデバイス（１７）と、
    前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）からの前記力によって前記運搬要素（１３）に印加される負荷を判定するように適合された少なくとも１つの負荷判定ユニット（２２）、
    を含む、
    方法。
15. − 前記負荷生成デバイス（１５）を粉末モジュール（３、４）に連結することと、
    − 前記少なくとも１つの負荷生成ユニット（１８）を介して前記粉末モジュール（３、４）の前記運搬要素（１３）に力を印加することと、
    − 前記運搬要素（１３）の位置及び／又は移動経路を判定することと、
    − 前記負荷生成デバイス（１５）を前記粉末モジュール（３、４）から取り外すことと、
    を含む、
    請求項１４に記載の方法。
    

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