JP6805229B2 - ３次元物体を製造する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、層ごとに、粉末状の造形材料を塗布し選択的に固化することによって、３次元物体を製造する方法および装置に関する。

上記のタイプの方法と装置は、例えば、ラピッドプロトタイピング、急速工作、又は付加製造に用いられる。このような方法の例として、選択的レーザ焼結、あるいは選択的レーザ溶融が知られている。これらの方法においては、粉末状の造形材料の薄層が繰り返し塗布され、それぞれの層の造形材料が、レーザ光線の選択的照射によって選択的に固化される。

特許文献１は、層の塗布が、造形領域を移動する計量装置からの粒子材料の分配によって行われる方法、を記載している。この目的のために、計量装置は、底が開口し、計量装置に垂直に延びる、長い分配開口を備える。計量装置は、移動の間、制御された方法により、オンとオフとを切り替えることができる。新たな層を塗布するために、計量装置は、所望の層厚分上昇させられる。好ましい実施形態では、計量装置は、分配開口が次の下層の前端に位置する時にオンに切り替えられ、分配開口が次の下層の後端に位置する時にオフに切り替えられる。

しかしながら、一般に、塗布ユニットは、粉体を塗布するために、層ごとに上昇せず、製造される物体が置かれる支持部が、層ごとに下降する。造形される物体が入る造形領域の最大サイズは、支持部の高さ調整によって下降させることができる領域によって、決定される。

上述のような装置は、例えば、特許文献２に記載されている。さらに、特許文献２は、材料の塗布が最大の造形領域よりも狭い領域に制限されること、を記載している。その時、塗布装置の移動方向における塗布領域の制限は、塗布装置の移動経路の長さを短くすること、すなわち、塗布装置が造形領域の端の手前で移動方向を逆戻りすることによって達せられる。移動方向に垂直な制限は、塗布装置におけるメカニカルインサートによって、規定される。

本願の出願時に公開されていない独国特許出願番号１０２０１５２０７１５８には、塗布される粉末層の高さを、少なくとも１つの区画において、塗布装置の移動方向に増加又は減少させる方法が記載されている。この方法は、塗布装置と先に塗布された層との間の高さ距離を変えること、例えば、塗布装置を下降させること、製造される物体が置かれる支持部を傾けること、物体が製造される支持部を持ち上げること、の少なくとも１つによって達せられる。

欧州特許出願公開第１８７２９２８号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００２０４１８号明細書

本発明の目的は、粉末状の造形材料を、層ごとに塗布し、選択的に固化させることによって、３次元物体を製造するための改良された方法と改良された装置とを提供することである。

発明の目的は、請求項１に係る方法、請求項１８に係るコンピュータプログラム、請求項１９に係る制御ユニット、又は請求項２０に係る装置によって達成される。さらに、本発明の展開が、それぞれの従属項により提供される。方法及び／又はコンピュータプログラムは、制御ユニット及び／又は装置の特徴によって、さらに展開され、その特徴は従属項又は以下で与えられ、その逆も同様である。

粉末状の造形材料を層ごとに塗布し選択的に固化させることによって、支持部の上に３次元物体を製造する、本発明に係る方法は、前記支持部を作業面より下の所定の高さに下降させる工程と、前記作業面に渡って移動する塗布装置によって、前記作業面に前記粉末状の造形材料の層を塗布する工程と、塗布された粉末層を、製造される前記物体の横断面に相当する位置において、選択的に固化させる工程と、前記下降させる工程とを前記塗布する工程と前記選択的に固化させる工程を、前記物体が完成されるまで繰り返す工程とを備える。上記の方法では、前記作業面に位置する対称の塗布領域の内で、少なくとも１つの前記粉末層について、前記塗布装置が実際に移動して横切った領域の内で、塗布された前記粉末状の造形材料の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ（例えば、段階的に、又は無段階に、又は連続的に、又は非連続的に減らされ）、又は、前記粉末状の造形材料が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されない。これにより、粉末状の造形材料が塗布される領域を制限でき、又は、粉末状の造形材料が塗布される、複数の互いに分離された領域を提供できる。

好ましくは、前記対象の塗布領域は、造形領域と前記造形領域を囲むエッジ領域とを備え、前記造形領域は、前記塗布され選択的に固化された粉末層が新たな粉末層を塗布する前に下降される、下降可能な領域であり、前記少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料の塗布は、前記エッジ領域において、少なくとも１つの区画において、前記粉末状の造形材料が前記造形領域よりも少なく塗布され、又は、前記粉末状の造形材料が全く塗布されないように、能動的に制御され、好ましくは、前記粉末状の造形材料の塗布は、粉末状の造形材料が前記造形領域の全体に渡って塗布されるように制御される。これにより、特に、粉末の塗布を、粉末の塗布を必要とする領域に制限でき、エッジ領域から造形領域への凝集した粉末の拡散という欠点を回避できる。

好ましくは、前記粉末状の造形材料の前記能動的に制御された塗布は、複数の、特に好ましくは、全ての粉末層について行われる。これにより、本発明の利点が複数又は全ての粉末層に対して達成できる。

好ましくは、前記粉末状の造形材料は、前記塗布装置と共に移動する計量装置から前記塗布装置へ計量され、前記塗布装置によって塗布される。このことは、例えば、塗布装置自体に別個の計量装置を設ける必要性を除き、また、塗布装置への粉末の供給をほぼ一定に維持でき、塗布条件を均一にできる。

好ましくは、前記粉末状の造形材料は、前記作業面に塗布される前に、前記塗布装置及び／又は前記計量装置において、流動化され、及び／又は予熱される。これは、粉末の塗布を容易にし、層の質を改善し、又は処理時間を短縮する。

好ましくは、前記粉末状の造形材料の計量は、前記塗布装置及び／又は前記計量装置において、クロージャを介して制御され、前記クロージャは、好ましくは、無段階に開けられ、及び／又は閉じられ、及び／又は、前記クロージャは、スライダ及び／又は、ギザ付き若しくはスロット付きシャフトを有する。このように、塗布される粉末の量は、シンプルな方法によって計量できる。

好ましくは、作業プレートが前記作業面における前記造形領域の周りに配置され、前記作業プレートは、好ましくは、別個の加熱要素によって加熱され、特に、前記作業プレートの温度は、前記造形領域の内における温度よりも高くなるように制御される。ここで、特に、用語「造形領域の内における温度」とは、その時点で、選択的固化（固化用レーザ光線のような）によって誘発される局所的な温度ピークが存在しない、造形領域内の位置における（平均）温度を、意味する。

作業プレートに代えて、好ましくは、作業テーブルが前記造形領域の周りに配置され、前記作業テーブルは、少なくとも部分的に前記作業面より下方に位置し、好ましくは、別個の加熱要素によって加熱され、前記作業テーブルの温度は前記造形領域の内における温度よりも高くなるように制御される。ここでも、上記の「造形領域の内における温度」の定義が、特に適用される。作業プレート又は作業テーブルが加熱されることによって、対流循環により生じる造形領域における温度分布のじょう乱を回避でき、物体の質を改善できる。作業面の下方に作業テーブルを配置することによって、例えば、作業テーブルに乗り、加熱により凝集するかもしれない粉末が、造形領域に戻ることを抑制でき、これにより、物体の質を改善できる。

好ましくは、オーバーフロースリットが、前記塗布方向における前記造形領域の後ろに（好ましくは、前記造形領域に実質的に隣接して）配置され、過剰な粉末が前記オーバーフロースリットを通ってオーバーフロー容器に落下する。これは、余分な粉末が対象の塗布領域のエッジ領域に達することを、抑制する。

プログラム可能な制御ユニットにロードされ得る、本発明に係るコンピュータプログラムは、前記コンピュータプログラムが前記制御ユニットにおいて実行される時に、本発明に係る方法の全ての工程を実行するためのプログラムコード手段を有する。これは、制御ユニットにおけるコンピュータプログラムの実行によるソフトウェアコントロールによって、シンプルな方法により本発明に係る方法を実施可能にする。

本発明に係る制御ユニットは、造形材料を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体を製造する装置のためのものであって、前記装置は、垂直方向に移動し、製造される前記物体が置かれる支持部と、作業面に前記造形材料の層を塗布するための、前記作業面に渡って移動する塗布装置と、製造される前記物体の横断面に相当する位置において、塗布された層を選択的に固化する固化装置とを備える。前記制御ユニットは、前記装置が下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体が完成されるまで繰り返し、前記装置が、前記作業面に位置する対象の塗布領域の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置が移動して横切った領域の内において、塗布された粉末状の前記造形材料の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されないように、前記粉末状の造形材料の前記塗布を実行するように、前記装置を制御するように構成される。これは、制御ユニットよって、本発明に係る方法を実行可能にする。

本発明に係る、粉末状の造形材料を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体を製造する装置は、垂直方向に移動することができる、製造される前記物体が置かれる支持部と、作業面に前記造形材料の層を塗布するための、前記作業面に渡って移動することができる塗布装置と、製造される前記物体の横断面に相当する位置において、塗布された層を選択的に固化する固化装置とを備える。前記装置は、下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体が完成されるまで繰り返し、前記作業面に位置する対象の塗布領域の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置が実際に移動して横切った領域の内において、塗布された粉末状の前記造形材料の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されないように、前記粉末状の造形材料の前記塗布を実行するように、構成され、及び／又は制御される。このように、３次元物体を製造する装置が提供され、この装置は本発明に係る方法を実行できる。

好ましくは、前記装置は、上部が開口した容器をさらに備え、前記支持部が前記容器に配置され、前記容器の前記上部の開口が前記作業面に位置し、前記開口の内部が段階的に下降され得る造形領域を形成し、前記装置は、前記少なくとも１つの粉末層について前記粉末状の造形材料の前記塗布を、前記対象の塗布領域の、前記造形領域を囲むエッジ領域おいて、少なくとも１つの区画で、前記粉末状の造形材料が、前記造形領域よりも少なく塗布され、又は、前記粉末状の造形材料が全く塗布されないような、能動的に制御された方法により実行するように、構成され、及び／又は制御される。したがって、とりわけ、粉末の塗布を、塗布が必要な領域に制限でき、そして、凝集した粉末がエッジ領域から造形領域に戻るという不利を、避けることができる。

本発明の更なる特徴と有用性が、添付図面を参照した実施形態の記載により開示される。

本発明の第１の実施形態に係る方法を実行するように構成された、層ごとに３次元物体を製造する装置の部分断面の模式図である。 粉末層の塗布の間における、図１の破線によって囲まれた部分の拡大された模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る方法に用いられる計量モジュールの模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る、層ごとに３次元物体を製造する装置の部分断面の模式図である。

以下に、図１を参照して、本発明の第１の例示的な実施形態に係る方法を実行するように構成された、装置１の例示的な実施形態を説明する。図１に示す装置は、レーザ焼結又はレーザ溶融装置１である。物体２を造形するために、レーザ焼結又はレーザ溶融装置１は、チャンバー壁４を有するプロセスチャンバー３を備える。

容器壁６を有する上部が開口した容器５が、プロセスチャンバー３内に配置される。容器５中には、垂直方向Ｖに移動可能な支持部７が配置され、支持部には、ベースプレート８が取り付けられ、容器５の底を密閉して容器５の底を形成する。ベースプレート８は、支持部７とは別のプレートとして形成されてもよく、支持部７に固定されても、支持部７と一体に形成されてもよい。用いられる粉末とプロセスに依って、造形プラットフォーム９がベースプレート８上に配置され、物体２が造形プラットフォーム９上において造形される。しかしながら、物体２は、ベースプレート８自体の上において造形されてもよく、その場合ベースプレート８自体が造形プラットフォームとして機能する。図１に、容器５の中の造形プラットフォーム９上に形成された物体２が、壁６の上側端によって規定される作業面１０の下方に、複数の固化された層が、固化されずに残った造形材料１１に囲まれている中間状態で、示されている。

レーザ焼結装置１は、さらに、電磁放射によって固化される粉末状の造形材料１３のための貯蔵容器１２と、造形材料１３を作業面１０に塗布するために水平方向Ｈに移動する塗布装置１４とを備える。作業プレート１５は、容器１５のすべての側面を囲み、好ましくは容器から断熱されて、作業プレート１５の上面が作業面１０に位置するように配置される。オーバーフロースリット１６が、作業プレート１５に、貯蔵容器１２の反対側に配置され、オーバーフロースリットを通って、過剰な粉末１７がオーバーフロー容器１８に落下する。さらに、放射ヒータ１９が、作業面１０に塗布された造形材料１３を加熱するために、プロセスチャンバー に配置される。

レーザ焼結装置１は、さらに、レーザ光線２２を生成するレーザ装置２１を有する照射装置２０を備え、レーザ光線２２は、偏向装置２３により偏向され、合焦装置２４により壁４の上部に配置された結合窓２５を通って作業面１０に焦点が合わされる。

さらに、レーザ焼結装置１は制御ユニット２９を備え、制御装置２９は、造形プロセスを実行するために、装置１の各構成要素を協調させるように制御する。制御ユニットはＣＰＵを備え、制御ユニットの動作はコンピュータプログラム（ソフトウェア）により制御される。コンピュータプログラムは、装置とは別に記録媒体に記憶され、プログラムは、記憶媒体から、装置、特に制御ユニットにロードされる。

粉末層を塗布するために、動作において、まず、支持部７が、所望の層厚に相当する高さ分だけ、下降される。そして、粉末状の造形材料１３の層が、作業面１０に渡って、塗布装置１４の移動によって塗布される。対象の塗布領域Ｂは、塗布装置１４が、意図された使用の間に粉末を塗布可能な、すなわちコーティング機能（すなわち、塗布の機能）を実行できる、作業面１０の領域として定義される。図１に示すレーザ焼結装置１において、対象の塗布領域Ｂは、塗布装置１４が貯蔵容器１２から粉末状の造形材料を受け取る位置から、オーバーフロースリット１６まで延び、オーバーフロースリット１６を通って、塗布装置１４にまだ残っている過剰な粉末１７がオーバーフロー容器１８に落下する。塗布領域Ｂの後ろでは、コーティング機能は実行できない。

対象の塗布領域Ｂは、造形領域Ｂ１、すなわち、容器５の上部の開口の内に位置する作業面１０の領域と、造形領域Ｂ１を囲むエッジ領域Ｂ２とを含む。造形領域Ｂ１は、物体２が製造され得る領域であり、塗布され選択的に固化された粉末層が、新たな粉末層の塗布の前に下降される領域である。

造形材料の塗布層は、造形領域Ｂ１全体を加熱するように構成された放射ヒータ１９によって、予熱される。作業プレート１５の一部も、放射ヒータ１９によって、加熱される。しかしながら、作業プレート１５は、作業プレート１５に取り付けられた別個の加熱要素（図示せず）によって、加熱される。

そして、製造される物体２の横断面がレーザ光線２２によってスキャンされ、粉末状の造形材料１３は、製造される物体２の横断面に相当する位置で固化される。これらの工程が、物体２が完成し造形空間から取り出すことができるまで、繰り返される。

図２は、図１の破線によって囲まれた拡大部分Ａを模式的に示す。

粉末層３０の塗布と固化の後、粉末層３０の内に位置する製造される物体２の固化部分は、固化されない粉末１１に囲まれている。造形材料１３の更なる粉末層３１が、塗布方向（コーティング方向）Ｒへの塗布装置１４の移動によって、先に塗布され選択的に固化された粉末層３０の上に塗布される。

図２に示すように、塗布装置１４は、塗布方向Ｒに対して前方に位置するブレード（フロントブレード１４ａ）と塗布方向Ｒに対して後方に位置するブレード（リアブレード１４ｂ）とを有する塗布ユニット、を備える。これら２つのブレードは、塗布方向Ｂと塗布方向の反対方向において、少なくとも部分的に中間空間１４ｃを取り囲む。２つのブレード１４ａ、１４ｂにより境界を定められた中間空間１４ｃは、粉末状の造形材料１３の供給を受けるように、構成される。２つのブレード１４ａ、１４ｂと、これらによって境界を定められた中間空間１４ｃは、図に示されている面の垂直方向に、粉末が塗布されるべき領域の幅全体に渡って延びる。

塗布装置１４が塗布方向Ｂへ移動すると、粉末状の造形材料１３の一部が、先の層３０の上に残り、リアブレード１４ｂによって、厚さｄの均一な薄い粉末層３１に広げられる。塗布される粉末の量は、リアブレード１４ｂの下端と先の塗布層３０との間の高さ距離によって決められる。

新たな粉末層３１を塗布するために、塗布装置１４の塗布ユニット１４ａ−１４ｃは、まず、貯蔵容器１２へ移動し、そこで、所定量の粉末状の造形材料１３を受け取る。粉末の所定量は、粉末状の造形材料１３の層に塗布するために必要な粉末の量より多いことが好ましい。そして、塗布ユニット１４ａ−１４ｃは、作業面１０を渡って移動し、新たな粉末層３１を塗布する。塗布ユニット１４ａ−１４ｃがオーバーフロースリット１６に達した時、塗布装置１４にまだ残っている過剰な粉末１７が、オーバーフロー容器１８に落下する。

本実施形態において、新たな粉末層３１は、塗布装置１４が実際に横切って移動する対象の塗布領域内のサブ領域における、少なくとも１つの区画で、塗布される粉末状の造形材料１３の量が、能動的に制御された方法により減らされ、又は、粉末状の造形材料１３が全く塗布されない、ように塗布される。

この文脈において、能動的に制御されたとは、塗布された粉末状の造形材料の量が、リアブレード１４ｂの下端と先に塗布された層３０との間の高さ距離によって決められるのではなく、高さ距離により可能な量から、位置に依存して、選択的、能動的に減らされることを意味すると、理解される。この粉末の量の能動的に制御された減少は、少なくとも１つの粉末層、好ましくは複数の粉末層、さらに好ましくはすべての粉末層に対して実行される。

このような能動的な制御は、例えば、塗布装置１４から供給される粉末状の造形材料１４の量を、塗布装置に取り付けられた装置により、意図的に制御することによって実行される。この装置は、例えば、塗布装置に取り付けられた、クロージャ及び／又は計量装置である。クロージャは、好ましくは、無段階に開けられ、及び／又は閉じられる。クロージャは、例えば、スライダ、又は、ギザ付き若しくはスロット付きシャフトによって形成され、スライダ、又は、ギザ付き若しくはスロット付きシャフトは、回転動作によって、隙間を有する封止面を介した粉末の放出を、自由にし、又は妨げる。

結果として、塗布される粉末の量が、塗布装置の移動の方向においても、塗布装置の横断方向においても、局所的に異なるように制御できる。上記の先行文献と対照的に、例えば、最大可能造形領域の内に２つ以上の量が減らされた造形区画を設けることができる。しかしながら、粉末状の造形材料は、粉末が造形領域Ｂ１全体に渡って塗布されるような方法により塗布可能であり、粉末状の造形材料は、造形領域の全体に塗布され、対象の塗布領域のエッジ領域Ｂ２において、少なくとも１つの区画で、造形領域よりも少なく塗布され、又は実質的に塗布されないことが好ましい。

作業プレート１５が、作業プレート１５に特に取り付けられた加熱要素によって加熱されると、最後の代替案は特に有利である。この加熱は、例えば、放射ヒータ１９により加熱される造形領域Ｂ１における粉末層と、作業プレート１５との間の水平方向の温度勾配に起因する、プロセスチャンバー内の望まれない対流を減少させるためになされ、熱的によりゆっくりであり、熱をより拡散する。

しかしながら、もし、作業プレート１５の温度が高くなり過ぎると、作業プレートに塗布された粉末状の造形材料１３が、固まり、塗布装置１４の後方への移動の間に造形領域１５へ引きずられ、その結果として、製造される物体の質が損なわれる。

この背景に対して、作業プレートの温度は、用いられる粉末状の造形材料のしきい値を考慮して最適化されることが好ましく、しきい値は、粉末状の造形材料が固まる傾向にある温度である。

粉末状の造形材料が、エッジ領域に少なく塗布され、又は塗布されないならば、凝集のリスクは、減少され又は回避される。一方、作業プレート１５の温度は、上昇させることができ、これは、造形領域におけるより良好な温度分布を導く。両方の効果が、物体の質の改善と均質化に寄与する。

対流循環を回避するためには、作業プレート１５を造形領域の温度まで加熱することで、理論的には十分である。しかしながら、より冷たい領域への熱伝導、あるいは、熱放射のような熱的損失のために、作業プレート１５の温度を造形領域の温度を超えて上昇させることが好ましい。

第１の実施形態に係る粉末の量の能動的に制御された計量は、塗布装置自体において行われたが、第２の実施形態では、計量は、別個の計量モジューにおいて、代わりに又は付加的に行われる。図３は、第２の実施形態において用いられる計量モジュールの横断面の拡大模式図である。以下では、第１の実施形態との差異のみを説明し、説明されていない装置と方法の特徴は、第１の実施形態において与えられている。

計量モジュール４０は、本実施形態において、所定量の粉末状の造形材料１３の受け取りに適した、漏斗形状の横断面を有する容器４１と、移動可能な塗布装置１４（図３に図示せず）に粉末状の造形材料を分配する計量装置４２とを備える。

動作において、計量モジュール４０は、所定量の粉末状の造形材料１３を、貯蔵容器１２の計量装置１２ｂを介して、貯蔵容器の粉末吐出口１２ａから容器４１に受け取る。この粉末の所定量は、好ましくは、粉末状の造形材料１３の層を塗布するために必要な粉末の量よりも多い。

好ましくは、容器４１に受け取られる粉末１３は、局部放射ヒータ（図示せず）によって予熱され、及び／又は、好ましく加熱された気体を導入することによって流動化される（すなわち、粉末１３の流動床が容器４１に生成される）。計量モジュールは、塗布装置１４と共に作業面を渡って移動し、これにより、計量装置４２によって、粉末１３を第１の実施形態において説明した塗布ユニット１４ａ−１４ｃに分配し、塗布ユニットが粉末層３１を塗布する。粉末の分配は、連続的に、又は間隔をおいて行われる。

本実施形態において、粉末状の造形材料１３は、塗布装置１４が実際に横切って移動する、対象の塗布領域Ｂのサブ領域において、塗布される粉末状の造形材料１３の量が、少なくとも１つの区画において能動的に制御された方法により減らされ、又は、粉末状の造形材料１３が、少なくとも１つの区画において能動的に制御された方法により全く塗布されないように、計量モジュール４０から塗布装置１４に分配される。

以上のように、本実施形態によって、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。これに加えて、計量モジュール４０から粉末を再分配することによって、塗布装置１４における粉末の量を、粉末の十分な塗布が行われる領域内において、一定に保つことができ、それにより、一定の塗布条件が達成され、さらに、物体の質が向上する。粉末の分配は、粉末が少なく塗布される又は塗布されない領域に達する前の時点で、減らされ又は完全に阻止される。

計量モジュールの容器の形状は、上記の漏斗形状に限らず、限られた量の粉末を受け取り、分配することに適した任意の形状であってよい。

図４は、本発明の第３の実施形態に対応する改良が施された図１に示す装置の一部を示す。以下では、第１、２の実施形態との差異のみを説明し、説明されていない装置と方法の特徴は、第１、２の実施形態において与えられている。

本実施形態に係る装置は、上面が作業面１０に位置する作業プレート１５に代えて、少なくとも部分的に作業面１０の下方に位置する作業テーブル１５ａを備えることが、図１に示す装置と異なる。作業プレート１５と同様に、作業テーブル１５ａは、作業テーブル１５ａに取り付けられた加熱要素（図示せず）によって、加熱され得る。また、作業テーブル１５ａの温度は、造形領域Ｂ１内の温度より高くなるように制御される。

さらに、本実施形態において、１つのオーバーフロースリット１６ａと１つのオーバーフロー容器１８ａが、それぞれ、造形領域Ｂ１の右側と左側に配置される。図２に示される塗布ユニット１４ａ−１４ｃは、その対称的な構造により、最初の塗布方向Ｒと反対方向にも粉末を塗布することに、適している。このため、貯蔵容器（図示せず）が右側にも配置され、その容器は、図１において左側に示された貯蔵容器に相当する。塗布装置１４が右から左に移動すると、中間空間１４ｃに位置する粉末が、ブレード１４ａによって、均一な薄い粉末層に広げられる。過剰な粉末は、その塗布の終わりに、左のオーバーフロースリットを通って左のオーバーフロー容器に落下し、一方、塗布装置が左から右に移動した後、過剰な粉末は、右のオーバーフロースリットを通って右のオーバーフロー容器に落下する。

図４に示すように、２つのオーバーフロースリットは、好ましくは、容器５に直接隣接して、すなわち造形領域Ｂ１に直接隣接して、作業テーブル１５ａの一部が造形領域Ｂ１とオーバーフロースリット１６ａとの間に位置することなく、配置される。塗布される粉末の量を能動的に制御して計量すること（すなわち分配すること）によって、例えば、塗布された粉末層の端から滑り落ちる、ごく一部の粉末が、オーバーフロースリットを通過することを、達成できる。理想的には、過剰な量はゼロに近づくほどに、計量は非常に正確である。

造形領域に直接隣接した（すなわち、それぞれの塗布方向のすぐ後ろの）オーバーフロースリットの配置は、能動的に制御された計量と協働して、おそらく加熱されている作業テーブルに達する粉末を、ほとんどなくし（理想的には、なくし）、一方、作業面の下方に作業テーブルを配置することは、加熱された作業テーブルに達して（おそらく、そこで固まる）から造形領域に戻る粉末を、なくすことができる。これらによって、第１、第２の実施形態の効果がさらに改善される。

上記の３つの実施形態の特徴は、可能であれば、互いに個々に又は全てまとめて組み合わせることもできる。例えば、第３の実施形態で説明したような、塗布装置の後方及び前方への移動、及び／又は、容器の両側へのオーバーフロースリットの配置、及び／又は、容器に直接隣接したオーバーフロースリットの配置は、第１又は第２の実施形態において実現でき、第２の実施形態に係る計量モジュール４０において生じる粉末の流動化及び／又は予熱は、第１の実施形態の塗布装置１４においても行うことができる、等である。

図２に示された塗布ユニット１４ａ−１４ｃにおいて、フロントブレード１４ａとリアブレード１４ｂのそれぞれは、２つの隣接するブレードによって形成されることもできる。塗布方向に先駆する（すなわち、対称的なモジュールの内側に位置する）それぞれのブレードは、薄層において粉末状の造形材料を広げる塗布ブレードとして機能し、一方、塗布方向に追いかけていく（すなわち、対称的なモジュールの外側に位置する）それぞれのブレードは、塗布された粉末をさらに圧縮する圧縮ブレードとして機能する。

可能であれば、塗布モジュールは、フロントブレード１４ａ又はリアブレード１４ｂのみを備えてもよい。この場合、規定量の粉末は、例えば、図３に示す計量モジュール４０によって、塗布方向におけるブレードの正面に塗布され、その量の粉末がブレードにより前方へ移動され、粉末層３１に広がる。

本発明は、レーザ焼結装置又はレーザ溶融装置について説明されているが、レーザ焼結又はレーザ溶融に限られない。本発明は、層ごとに粉末状の造形材料を塗布し選択的に固化することによって、３次元物体を製造する、任意の方法に適用できる。

レーザ装置は、例えば、気体レーザ装置、固体レーザ装置、レーザダイオード、あるいは、他の種類のレーザ装置であってもよい。一般に、造形材料の層にエネルギーを選択的に導入するのに適した任意の装置を使用できる。１つのレーザ装置に代えて、例えば、複数のレーザ装置、他のレーザ光源、電子ビーム装置、あるいは、他の造形材料の固化に適した放射源又はエネルギー源が使用されてもよい。本発明は、分散光源とマスクを使用する選択的マスク焼結、吸収焼結（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、又は阻害焼結（Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）にも適用できる。

エネルギーの導入に代えて、塗布された造形材料の選択的固化は、３Ｄプリンティング、例えば、接着剤の塗布によっても、行うことができる。一般的に、本発明は、粉末状の造形材料を、層ごとに塗布、選択的に固化することによる物体の製造に関連し、造形材料を固化する方法には直接関係しない。

種々の粉末が造形材料として使用され、特に、金属粉末、プラスチック粉末、セラミック粉末、砂鉱、これらの充填粉末又は混合粉末が使用される。

（付記）
（付記１）
粉末状の造形材料（１３）を層ごとに塗布し選択的に固化することによって、支持部（７，８，９）の上に３次元物体（２）を製造する方法であって、
前記支持部（７，８，９）を作業面（１０）より下の所定の高さに下降させる工程と、
前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）によって、前記作業面（１０）に前記粉末状の造形材料（１３）の層（３１）を塗布する工程と、
塗布された粉末層（３１）を、製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、選択的に固化させる工程と、
前記下降させる工程と前記塗布する工程と前記選択的に固化させる工程とを、前記物体（２）が完成されるまで繰り返す工程と、を備え、
前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの前記粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された前記粉末状の造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により実質的に塗布されない、
３次元物体を製造する方法。

（付記２）
前記対象の塗布領域（Ｂ）は、造形領域（Ｂ１）と前記造形領域を囲むエッジ領域（Ｂ２）とを備え、
前記造形領域（Ｂ１）は、塗布され選択的に固化された粉末層（３０）が、新たな粉末層（３１）を塗布する前に下降される、下降可能な領域であり、
前記少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布は、前記エッジ領域（Ｂ２）、特に、塗布方向（Ｒ）における前記造形領域（Ｂ１）の前及び／又は後ろにおいて、前記粉末状の造形材料（１３）が、少なくとも１つの区画において、前記造形領域（Ｂ１）よりも少なく塗布され、又は、実質的に前記粉末状の造形材料（１３）が全く塗布されないような、能動的に制御された方法により行われる、
付記１に記載の３次元物体を製造する方法。

（付記３）
前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布は、前記粉末状の造形材料が前記造形領域（Ｂ１）の全体に渡って塗布されるような方法により、制御される、
付記２に記載の３次元物体を製造する方法。

（付記４）
前記粉末状の造形材料（１３）の前記能動的に制御された塗布は、複数の、特に好ましくは、全ての粉末層について行われる、
付記１から３のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記５）
前記粉末状の造形材料（１３）は、前記塗布装置（１４）と共に移動する計量装置（４０）から前記塗布装置（１４）の方向に計量され、前記塗布装置（１４）によって塗布される、
付記１から４のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記６）
前記粉末状の造形材料（１３）は、前記作業面（１０）に塗布される前に、前記塗布装置（１４）及び／又は前記計量装置（４０）において、流動化され、及び／又は予熱される、
付記１から５のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記７）
前記粉末状の造形材料（１３）の計量は、前記塗布装置（１４）及び／又は前記計量装置（４０）において、クロージャを介して制御される、
付記１から６のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記８）
前記クロージャは、無段階に開けられ及び／又は閉じられ、及び／又は、前記クロージャは、スライダ及び／又は、ギザ付き若しくはスロット付きシャフトを有する、
付記７に記載の３次元物体を製造する方法。

（付記９）
作業プレート（１５）が前記作業面（１０）の前記造形領域（Ｂ１）の周りに配置され、前記作業プレートは、好ましくは、別個の加熱要素により加熱され、特に、前記作業プレート（１５）の温度は、前記造形領域（Ｂ１）の内の温度より高く制御される、
付記１から８のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記１０）
作業テーブル（１５ａ）が前記造形領域（Ｂ１）の周りに配置され、前記作業テーブルは、少なくとも部分的に前記作業面（１０）の下方に位置し、好ましくは別個の加熱要素により加熱され、特に、前記作業テーブル（１５ａ）の温度は、前記造形領域（Ｂ１）の内の温度より高く制御される、
付記１から８のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記１１）
オーバーフロースリット（１６ａ）が、前記塗布方向（Ｒ）における前記造形領域（Ｂ１）の後ろに配置され、過剰な粉末（１７ａ）が前記オーバーフロースリット（１６ａ）を通ってオーバーフロー容器（１８ａ）に落下する、
付記１から１０のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法。

（付記１２）
プログラム可能な制御ユニット（２９）にロードされるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが前記制御ユニット（２９）において実行される時に、付記１から１１のいずれか１つに記載の３次元物体を製造する方法のすべての工程を実行するためのプログラムコード手段を有する、
コンピュータプログラム。

（付記１３）
造形材料（１３）を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体（２）を製造する装置（１）用の制御ユニット（２９）であって、前記装置は、
垂直方向（Ｖ）に移動し、製造される前記物体が置かれる支持部（７，８，９）と、
作業面（１０）に前記造形材料（１３）の層（３１）を塗布するための、前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）と、
製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、塗布された層（３１）を選択的に固化する固化装置（２０）と、を備え、
前記装置は、下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体（２）が完成されるまで繰り返すように構成され、
前記制御ユニット（２９）は、前記装置が、前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された粉末状の前記造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されないように、前記装置を制御して、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を実行するように構成される、
制御ユニット。

（付記１４）
造形材料（１３）を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体（２）を製造する装置（１）であって、
垂直方向（Ｖ）に移動し、製造される前記物体が置かれる支持部（７，８，９）と、
作業面（１０）に前記造形材料（１３）の層（３１）を塗布するために、前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）と、
製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、塗布された層（３１）を選択的に固化する固化装置（２０）と、を備え、
前記装置（１）は、
下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体（２）が完成されるまで繰り返し、
前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された粉末状の前記造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されないように、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を実行するように、
構成され、及び／又は制御される、
装置。

（付記１５）
上部が開口した容器（５）をさらに備え、
前記支持部（７，８，９）が前記容器（５）に配置され、
前記容器（５）の前記上部の開口が前記作業面（１０）に位置し、
前記開口の内部が、段階的に下降される造形領域（Ｂ１）を形成し、
前記装置（１）は、少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を、前記対象の塗布領域（Ｂ）の、前記造形領域（Ｂ１）を囲むエッジ領域（Ｂ２）において、少なくとも１つの区画で、前記粉末状の造形材料が前記造形領域（Ｂ１）よりも少なく塗布され、又は、前記粉末状の造形材料が全く塗布されないような、能動的に制御された方法により実行するように、構成され、及び／又は制御される、
付記１４に記載の装置。

Claims (21)

1. 粉末状の造形材料（１３）を層ごとに塗布し選択的に固化することによって、支持部（７，８，９）の上に３次元物体（２）を製造する方法であって、
   前記支持部（７，８，９）を作業面（１０）より下の所定の高さに下降させる工程と、
   前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）によって、前記作業面（１０）に前記粉末状の造形材料（１３）の層（３１）を塗布する工程と、
   塗布された粉末層（３１）を、製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、選択的に固化させる工程と、
   前記下降させる工程と前記塗布する工程と前記選択的に固化させる工程とを、前記物体（２）が完成されるまで繰り返す工程と、を備え、
   前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの前記粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された前記粉末状の造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により実質的に塗布されず、前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の移動方向及び／又は前記塗布装置（１４）の横断方向において、局所的に異なって制御され、
   前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の下端と先に塗布された前記粉末層との間の高さ距離によって決められるのではなく、前記高さ距離により塗布可能な量から、位置に依存して、選択的、能動的に減らされる、
   ３次元物体を製造する方法。
2. 前記対象の塗布領域（Ｂ）は、造形領域（Ｂ１）と前記造形領域を囲むエッジ領域（Ｂ２）とを備え、
   前記造形領域（Ｂ１）は、塗布され選択的に固化された粉末層（３０）が、新たな粉末層（３１）を塗布する前に下降される、下降可能な領域であり、
   前記少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布は、前記エッジ領域（Ｂ２）において、前記粉末状の造形材料（１３）が、少なくとも１つの区画において、前記造形領域（Ｂ１）よりも少なく塗布され、又は、実質的に前記粉末状の造形材料（１３）が全く塗布されないような、能動的に制御された方法により行われる、
   請求項１に記載の３次元物体を製造する方法。
3. 前記少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布は、前記エッジ領域（Ｂ２）のうちの塗布方向（Ｒ）における前記造形領域（Ｂ１）の前及び／又は後ろにおいて、前記粉末状の造形材料（１３）が、少なくとも１つの区画において、前記造形領域（Ｂ１）よりも少なく塗布され、又は、実質的に前記粉末状の造形材料（１３）が全く塗布されないような、前記能動的に制御された方法により行われる、
   請求項２に記載の３次元物体を製造する方法。
4. 前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布は、前記粉末状の造形材料が前記造形領域（Ｂ１）の全体に渡って塗布されるような方法により、制御される、
   請求項２又は３に記載の３次元物体を製造する方法。
5. 前記粉末状の造形材料（１３）の前記能動的に制御された塗布は、複数の粉末層について行われる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
6. 前記粉末状の造形材料（１３）の前記能動的に制御された塗布は、全ての粉末層について行われる、
   請求項５に記載の３次元物体を製造する方法。
7. 前記粉末状の造形材料（１３）は、前記塗布装置（１４）と共に移動する計量装置（４０）から前記塗布装置（１４）の方向に計量され、前記塗布装置（１４）によって塗布される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
8. 前記粉末状の造形材料（１３）は、前記作業面（１０）に塗布される前に、前記塗布装置（１４）及び／又は前記計量装置（４０）において、流動化され、及び／又は予熱される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
9. 前記粉末状の造形材料（１３）の計量は、前記塗布装置（１４）及び／又は前記計量装置（４０）において、クロージャを介して制御される、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
10. 前記クロージャは、無段階に開けられ及び／又は閉じられ、及び／又は、前記クロージャは、スライダ及び／又は、ギザ付き若しくはスロット付きシャフトを有する、
    請求項９に記載の３次元物体を製造する方法。
11. 作業プレート（１５）が前記作業面（１０）の前記造形領域（Ｂ１）の周りに配置される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
12. 前記作業プレート（１５）は、別個の加熱要素により加熱される、
    請求項１１に記載の３次元物体を製造する方法。
13. 前記作業プレート（１５）の温度は、前記造形領域（Ｂ１）の内の温度より高く制御される、
    請求項１２に記載の３次元物体を製造する方法。
14. 作業テーブル（１５ａ）が前記造形領域（Ｂ１）の周りに配置され、前記作業テーブルは、少なくとも部分的に前記作業面（１０）の下方に位置する、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
15. 前記作業テーブル（１５ａ）は、別個の加熱要素により加熱される、
    請求項１４に記載の３次元物体を製造する方法。
16. 前記作業テーブル（１５ａ）の温度は、前記造形領域（Ｂ１）の内の温度より高く制御される、
    請求項１５に記載の３次元物体を製造する方法。
17. オーバーフロースリット（１６ａ）が、前記塗布方向（Ｒ）における前記造形領域（Ｂ１）の後ろに配置され、過剰な粉末（１７ａ）が前記オーバーフロースリット（１６ａ）を通ってオーバーフロー容器（１８ａ）に落下する、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法。
18. プログラム可能な制御ユニット（２９）にロードされるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが前記制御ユニット（２９）において実行される時に、請求項１から１７のいずれか１項に記載の３次元物体を製造する方法のすべての工程を実行するためのプログラムコード手段を有する、
    コンピュータプログラム。
19. 造形材料（１３）を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体（２）を製造する装置（１）用の制御ユニット（２９）であって、前記装置は、
    垂直方向（Ｖ）に移動し、製造される前記物体が置かれる支持部（７，８，９）と、
    作業面（１０）に前記造形材料（１３）の層（３１）を塗布するための、前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）と、
    製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、塗布された層（３１）を選択的に固化する固化装置（２０）と、を備え、
    前記装置は、下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体（２）が完成されるまで繰り返すように構成され、
    前記制御ユニット（２９）は、前記装置が、前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された粉末状の前記造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されず、前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の移動方向及び／又は前記塗布装置（１４）の横断方向において、局所的に異なって制御され、前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の下端と先に塗布された前記粉末層との間の高さ距離によって決められるのではなく、前記高さ距離により塗布可能な量から、位置に依存して、選択的、能動的に減らされるように、前記装置を制御して、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を実行するように構成される、
    制御ユニット。
20. 造形材料（１３）を層ごとに選択的に固化させることによって、３次元物体（２）を製造する装置（１）であって、
    垂直方向（Ｖ）に移動し、製造される前記物体が置かれる支持部（７，８，９）と、
    作業面（１０）に前記造形材料（１３）の層（３１）を塗布するために、前記作業面（１０）に渡って移動する塗布装置（１４）と、
    製造される前記物体（２）の横断面に相当する位置において、塗布された層（３１）を選択的に固化する固化装置（２０）と、を備え、
    前記装置（１）は、
    下降させる工程と塗布する工程と選択的に固化させる工程とを前記物体（２）が完成されるまで繰り返し、
    前記作業面（１０）に位置する対象の塗布領域（Ｂ）の内で、少なくとも１つの粉末層について、前記塗布装置（１４）が移動して横切った領域の内で、塗布された粉末状の前記造形材料（１３）の量が、ある区画において、能動的に制御された方法により減らされ、又は、前記粉末状の造形材料（１３）が、ある区画において、能動的に制御された方法により塗布されず、前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の移動方向及び／又は前記塗布装置（１４）の横断方向において、局所的に異なって制御され、前記塗布された粉末状の造形材料（１３）の量は、前記塗布装置（１４）の下端と先に塗布された前記粉末層との間の高さ距離によって決められるのではなく、前記高さ距離により塗布可能な量から、位置に依存して、選択的、能動的に減らされるように、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を実行するように、
    構成され、及び／又は制御される、
    装置。
21. 上部が開口した容器（５）をさらに備え、
    前記支持部（７，８，９）が前記容器（５）に配置され、
    前記容器（５）の前記上部の開口が前記作業面（１０）に位置し、
    前記開口の内部が、段階的に下降される造形領域（Ｂ１）を形成し、
    前記装置（１）は、少なくとも１つの粉末層について、前記粉末状の造形材料（１３）の前記塗布を、前記対象の塗布領域（Ｂ）の、前記造形領域（Ｂ１）を囲むエッジ領域（Ｂ２）において、少なくとも１つの区画で、前記粉末状の造形材料が前記造形領域（Ｂ１）よりも少なく塗布され、又は、前記粉末状の造形材料が全く塗布されないような、能動的に制御された方法により実行するように、構成され、及び／又は制御される、
    請求項２０に記載の装置。

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