JP6873190B2 - 選択的なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を露光制御するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分の、三次元的な物体を製造するための選択的なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を露光制御するための方法に関するものである。さらに、本発明は、請求項９による、方法を実行するための装置に関するものである。

従来技術として、三次元的な物体を構造材料の選択的な照射によって製造することが可能なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を複数のスキャナによって実行することが特許文献１から知られている。スキャナは、構造フィールドの上方に配置されているとともに、固定されているか、又は可動に、すなわち構造フィールド範囲の上方で部分的に走行可能に配置されることが可能である。

このような多重スキャン設備においては、構造フィールドの各部分に別々のスキャナが割り当てられているか、又はこれらスキャナが、少なくとも部分的にも、露光の手間が時間に関して又は平面に関して、対応してよりわずかに露光させるべき隣接する構造フィールド部分における露光の手間よりも大幅に大きい場合に当該他のスキャナに割り当てられた構造フィールド範囲の露光時に他のスキャナを支持するために、この他のスキャナに割り当てられている構造フィールド部分を露光させることが可能であるように設けられているか、若しくは形成されている。

独国特許出願公開第１０２０１４００５９１６号明細書

本発明の基礎をなす課題は、構造工程の最適化と、特に対象について必要な構造時間の短縮とを可能にする方法及びこの方法を実行するための装置を提供することにある。

上記課題は、請求項１の特徴の組合せによって解決され、方法の有利な発展形成は従属請求項２〜８にある。

本発明による方法に従って、まず、それぞれ個々のスキャナの照射時間及び／又はこの個々のスキャナによって捕捉される照射面が第１のステップにおいて個別に補足されメモリされる。照射時間の捕捉は、例えば放射源からの放射エネルギーを通過させるシャッタの開口信号によって検出されることができるが、他の捕捉可能性、スキャナの起動時に電子的にメモリされることが可能な時間信号が提供される例えば感光性の要素又はこれに類するものも考えられる。

照射面の捕捉は、所定の期間における照射画像の捕捉によって写真技術的に、又は検出された照射時間及びスキャナ偏差に頼ることによって、同様に異なる態様で行うことができ、その結果、照射された構造フィールド部分がその照射された大きさに関して算出されることが可能である。

第２のステップでは、補足され、メモリされた照射時間の値及び照射面の値が互いに電子的に比較される。このことは、対応する適切なプロセッサ又はコンピュータ内に統合された比較装置によって行われる。

照射時間又は照射面が互いに異なることが確認されると、次の層又は次の層部分のために、それぞれ個々のスキャナのための照射時間ができる限り近似し、及び／又はそれぞれ個々のスキャナの照射面が互いにできる限り一致するように、それぞれ個々のスキャナによって照射されるべき粉体層の表面範囲の新たな分割が設定される。

この方法は、構造プロセス中に変化する照射幾何形状に対して迅速かつ適当に反応されることができるように反復的に、すなわち繰り返し行われる。スキャンフィールドの分割は、それぞれ１つ又は複数の層の固化後に、後続の各照射通過において、各スキャナのために生じる露光時間が少なくともほぼ同一であるように適合される。操作者が、構造過程の開始前に、スキャナの読み取り可能な制御データに基づき、各スキャナのためのスキャンフィールドの大きさの予備調整を行うことが可能である。当然、操作者が、構造工程中にほぼ手動でスキャン符号の反復的な一致、及び例えば熱的な理由又はこれに類するものに基づき意図的にスキャンフィールドの変位に介入することも可能である。

本発明による方法が「混合方法」として実行可能であること、すなわち例えば照射時間及び照射面が測定され、例えば本発明による一致を達成するために第２のスキャナの照射面と比較される第１のスキャナの照射時間に基づき、この第１のスキャナによって照射される面が推定されることが提案される。

２つのスキャナのスキャンフィールドの間の境界は直線であり得る。ただし、構造フィールドの上方で２つより多くのスキャナが用いられていれば、スキャンフィールド間の他の境界経過も選択することが有利であり得る。

全てのスキャナについて照射時間及び／又は照射面の比較によりスキャンフィールド境界の変位が生じなければ、表面上の縞模様の形成を防止するために、スキャンフィールド間の境界を変動させることが非常に有利である。

本発明による制御は、異なるスキャナのスキャンフィールド間の境界を最適に調整するものである。溶融面及び位置の変更が構造過程全体を越えて大きく層から層へ、しかし多くの場合比較的小さいことによって、制御は、スキャンフィールド境界の小さなインクリメンタルな適合によって、構造時間が構造過程全体を越えて理論的な最小値へ近似されることができるようになっている。

本発明を図面における有利な実施例に基づいて詳細に説明する。

方法を実行するための装置の本質的な構成要素の概略的な図である。 スキャンフィールド適合のための図示であり、図２ａには（第１の）層ｎが図示され、図２ｂには別の層ｎ＋１が図示され、図２ｃには層ｎ＋２が図示されている。

図１に図示された装置１は、本質的な構成要素としてプロセスチャンバ２を含んでおり、このプロセスチャンバ内には、高さ調整可能な構造プラットフォーム４を有する構造コンテナ３が配置されている。構造プラットフォーム４の上方にはコーティング装置５が配置されており、このコーティング装置によって、配量チャンバ７からの構造材料６が、構造コンテナ３の範囲において、薄い層の形態で塗布されることが可能である。構造コンテナ３の上方では、プロセスチャンバ２内に複数のスキャナ８ａ，８ｂが配置されており、これらスキャナによって、構造材料層１１を選択的に固化させるために、放射源１０のレーザの形態の放射９がプロセス制御されて構造材料層１１へ向けられている。

装置の上記構成要素は本発明にとって本質的な構成要素のみであり、当然、このようなレーザ焼結設備又はレーザ溶融設備は、本発明の範囲では説明する必要がない多数の別の構成要素を含んでいる。

さらに、装置は電子的な捕捉ユニット２０を備えており、この電子的な捕捉ユニットを介して、各スキャナ８についての照射時間及び／又は放射ステップにおいてスキャナ８によって捕捉される照射面が個別に捕捉されることができるとともに、電子的なメモリ２１にメモリされることが可能である。

メモリ２１には電子的な比較装置２２が接続されており、この比較装置によって、個々のスキャナ８のメモリされた照射時間の値を互いに比較することができる。比較装置２２にはプロセス装置２３が接続されており、このプロセス装置は、個々のスキャナ８の照射時間の値が異なる場合に、それぞれ個々のスキャナ８の照射時間（又は照射面）が平面に関してできる限り一致されているように、それぞれ個々のスキャナ８によって露光されるべき表面範囲の新たな設定が演算される。

さらに、図１には、ディスプレイ２６を有する入力装置２５が更に図示されており、この入力装置を介して、操作者がレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置１の構造プロセスに介入することが可能である。

図示の実施例では、放射源１０の放射９がビームスプリッタ１５を介してガイドされ、スキャナ８ａ，８ｂへ至るように、そこからプロセスチャンバ２の上部範囲におけるウィンドウ１６を貫通することが見て取れる。

捕捉ユニット２０は、スキャナ又はこれらの手前に接続された光学的なスイッチ（シャッタ）において、複数のセンサ要素を含んでおり、これらセンサ要素は、スキャナ８の照射時間を捕捉するとともに、比較されるべき照射時間の値Ｔ１及びＴ２としてメモリ２１内に保存する。これらの値は、プロセッサによってスキャナの作動最適化を可能とするために、比較装置２２において互いに比較される。

一方で、照射時間の捕捉が照射面の捕捉によって置換又は補足され得ること、並びに電子的なシステムのメモリ及び比較部が装置を動作させるためのものであることができるとともにコンピュータ又はプロセッサに統合されることが可能であることは、当業者にとって周知である。

図２ａ〜図２ｃには、個々のスキャナ８ａ，８ｂに関するスキャンフィールド３１，３２あるいは照射面の最適化がどのように最適化されるかが詳細に示されている。

まず、図２ａには、スキャンフィールド３２の溶融されるべき面がスキャンフィールド３１の溶融されるべき面よりも大きい状態が図示されている。この理由により、スキャンフィールド３１とスキャンフィールド３２の間の境界３０が下方へ変位することが合目的であり、その結果、図２ｂによる次の層ｎ＋１において既にスキャンフィールド３１，３２の近似が行われている。

この過程は、実際にスキャンフィールド３１，３２が同一の大きさとなるまで、すなわち露光時間ｔＡ，ｔＢが互いに一致するまで繰り返され、その結果、両スキャナ８ａ，８ｂは、少なくとも大部分において同一に負荷されている。

照射時間が互いに一致するため、照射時間又はスキャンフィールドの大きさの比較測定によってスキャンフィールド間の境界３０が変位する必要がなければ、部材における縞模様の形成を防止するために、スキャンフィールド間の境界３０の変動がなされる。

１ 装置
２ プロセスチャンバ
３ 構造コンテナ
４ 構造プラットフォーム
５ コーティング装置
６ 構造材料
７ 配量チャンバ
８ スキャナ
９ 放射
１０ 放射源
１１ 構造材料層
１５ ビームスプリッタ
２０ 捕捉ユニット
２１ メモリ
２２ 比較装置
２３ プロセッサ装置
２５ 入力装置
２６ ディスプレイ
３０ 境界
３１ スキャンフィールド
３２ スキャンフィールド

Claims (10)

1. 三次元物体を製造するためのレーザー焼結又はレーザー溶融装置（１）であって、
   構造プラットフォーム（４）を有する前記装置（１）のプロセスチャンバ（２）、
   薄い層の形態の構造材料（６）を塗布するように構成された、前記構造プラットフォーム（４）に隣接して配置されたコーティング装置（５）、
   前記構造プラットフォーム（４）に隣接して配置された複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のそれぞれに放射（９）のビームを向けるように構成された１つ又は複数の放射源（１０）であって、前記複数のスキャナ（８ａ，８ｂ）のそれぞれは、前記１つ又は複数の放射源（１０）から前記放射（９）をプロセス制御して同時に構造材料層（１１）に向け、前記構造材料層（１１）の対応する部分を同時に照射して固化するために別々に作動されるように構成される、１つ又は複数の放射源（１０）、
   それぞれ個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）に関連する前記１つ又は複数の放射源（１０）の照射時間、及び／又はそれぞれ個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）によって検出された照射面を、照射の段階において別々に検出して、電子的なメモリ（２１）にメモリするように構成された電子的な捕捉ユニット（２０）、
   個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）の照射時間、及び／又は個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）の照射面の値を互いに比較するように構成された電子的な比較装置（２２）、並びに
   前記比較装置（２２）の出力部に接続されているとともに、個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）の照射時間の値又は照射面の値が異なる場合に、それぞれ個々の前記スキャナ（８ａ、８ｂ）の照射時間及び／又は照射面が平面に関してできる限り一致されるように、それぞれ個々の前記スキャナ（８ａ，８ｂ）によって照射されるべき表面範囲の新たな設定を演算するプロセス装置（２３）、
   を備えた装置。
2. 上部スキャンフィールド（３１）、境界（３０）、及び下部スキャンフィールド（３２）が、前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のそれぞれによって規定可能であり、前記境界が前記上部スキャンフィールド（３１）と前記下部スキャンフィールド（３２）との間に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 後続の照射通過時に生じる前記各スキャナ（８ａ，８ｂ）のための照射時間が少なくともほぼ同一であるように、１つ又は複数の構造材料層（１１）の固化後に前記境界（３０）が動的に適合される、請求項２に記載の装置。
4. 前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のそれぞれに対する前記上部スキャンフィールド（３１）及び前記下部スキャンフィールド（３２）のそれぞれの大きさが、前記スキャナ（８ａ、８ｂ）の読み取り可能な制御データに基づいて決定される、請求項２に記載の装置。
5. 前記装置のオペレータが、前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のそれぞれに対して、前記上部スキャンフィールド（３１）及び前記下部スキャンフィールド（３２）のそれぞれの大きさを設定することを可能にするように適合されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記上部スキャンフィールド（３１）と前記下部スキャンフィールド（３２）とに対して段階的に前記境界（３０）を調整するように適合されている、請求項２に記載の装置。
7. 前記境界（３０）が直線である、請求項２に記載の装置。
8. 前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のそれぞれに対する照射時間又は照射面の比較により、前記境界（３０）の変位が生じない場合には、前記境界（３０）の位置に変動をもたらすように適合される、請求項２に記載の装置。
9. 前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のうちの少なくとも１つが、前記複数のスキャナ（８ａ、８ｂ）のうちの別のスキャナ（８ａ，８ｂ）のスキャンフィールド（３１，３２）において、照射部分の応力を低減した予備露光を行うように構成される、請求項１に記載の装置。
10. 前記予備露光の露光時間が、スキャンフィールド境界の変位に影響を有さないように適合されている、請求項９に記載の装置。

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