JP6900355B2 - 3次元の物体を付加製造する装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エネルギービーム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)する装置に関する。
たとえば、エネルギービーム、たとえばレーザビームなどのエネルギービームによって層を選択的に照射及び固化することを介して3次元の物体を付加製造する装置は、従来技術から概して知られている。典型的には、対応するエネルギービームを生成するように適合されたレーザ源などの照射ユニットが提供される。エネルギービームは、造形平面内に配置することができる造形材料上へ案内される。
さらに、エネルギービームの様々なパラメータが、照射プロセスにおける造形材料の固化挙動に直接影響を与えることが、従来技術から知られている。たとえば、造形材料の画定された体積内で消費されるエネルギーは、固化挙動、たとえば造形材料が溶融、すなわち固化される程度に影響を与える。当然ながら、エネルギービームのエネルギー/強度、エネルギービームのスポットサイズなど、エネルギービームの様々なパラメータを計算に入れなければならない。また、造形材料内で消費されるエネルギーを変動させるために、照射時間、すなわちエネルギービームのスポットが造形平面の特定の領域に入射する時間を変動させることも可能である。
異なる物体の異なる構造は、造形平面の異なる領域内で異なる量のエネルギーを消費することを必要とするため、前述したように、たとえば強度又は照射時間の変更を介して、造形材料内で消費することができるエネルギーを変化させる可能性を有することも所望される。また、たとえば造形材料を適切に固化するために必要とされる照射時間を低減させるために、エネルギービームの出力を増大させることも可能である。しかし、より高い出力を有するエネルギービームを生成するように適合された照射ユニットは、冷却ユニット、エネルギー源などのこれらの照射ユニットに設けられる基礎構造に対する要求が比較的大きいため、保守及び運用の点でコストがかかり、要求が厳しい。
本発明の目的は、改善された照射デバイスを有し、特に固化プロセスをより効率的に実行することができる、3次元の物体を付加製造する装置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に記載の装置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。
本明細書に記載する装置は、エネルギービーム、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する装置である。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など、造形材料の塗布及び造形材料の固化が別個に実行される装置とすることができる。
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、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で選択的に照射するように適合された前述の照射デバイス、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で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。
本発明は、少なくとも1つの照射ユニットを有する照射デバイスが提供され、照射ユニットは、少なくとも2つの照射要素を画定された空間関係で保持する共通の保持構造、特に共通のハウジングを備え、少なくとも2つの照射要素は、個々に制御可能であるという概念に基づいている。したがって、照射デバイスの照射ユニットは、少なくとも2つの照射要素を備え、これらの照射要素を介して、エネルギービームをそれぞれ生成及び/又は放出若しくは出力することができる。少なくとも2つの照射要素は、個々に制御可能であり、それにより造形材料を異なるパラメータ、たとえば異なるエネルギー又は強度で照射することが可能になる。
したがって、各照射要素が個々に制御可能であるため、少なくとも2つの照射要素のエネルギービームを任意に組み合わせることができる。たとえば、照射要素は、異なる照射要素を介して生成される異なるエネルギービームのエネルギービームスポットから構成される共通のエネルギービームスポットを造形平面上に構成することを可能にするために、個々にオン及びオフに切り換えることができる。言い換えれば、異なる照射要素を介して生成される少なくとも2つのエネルギービームの少なくとも2つのエネルギービームスポットを、造形平面内で組み合わせる/重ね合わせることができる。したがって、造形材料を照射するために必要とされるエネルギーがより少ない場合、少なくとも2つの照射要素は、この必要とされるエネルギーを提供することができるように制御することができる。たとえば、必要とされるエネルギーを提供するのに、1つのエネルギービームだけで十分である場合、1つの照射要素だけを使用して、エネルギービームを生成することができる。
付加製造プロセス全体にわたって存在しうるすべての照射タスクを実行するのに十分な出力を有するエネルギービームを提供する単一の照射要素と比較すると、少なくとも2つの個々に制御可能な照射要素を有する本発明の照射ユニットは、必要とされる場合のみ、利用可能なエネルギービーム出力全体を使用し、造形材料を適切に照射するためにより少量のエネルギーしか必要とされない場合、それに対応して照射要素を制御するという利益を提供する。
少なくとも2つの照射要素を画定された空間関係で維持するために、本発明の照射ユニットは、少なくとも2つの照射要素を画定された空間関係で保持/収容する共通のハウジングなどの共通の保持構造を備える。したがって、少なくとも2つの照射要素を備える照射ユニットは、これらの照射要素がそれぞれ共通の保持構造内又は共通の保持構造上に配置されるため、アセンブリを形成する。
本発明の装置の第1の実施形態によれば、少なくとも2つの照射要素を介して生成される少なくとも2つのエネルギービームを造形平面内で個々に案内するように適合された少なくとも1つのビーム案内ユニットを提供することができる。したがって、少なくとも2つの照射要素を介して個々に生成されるエネルギービームのスポットは、造形平面内で別個に/個々に案内することができる。したがって、造形平面の2つの区分を2つ(又はそれ以上)のエネルギービームで同時に照射することができる。たとえば、各エネルギービームに提供されるエネルギーが、造形材料を固化するのに十分である場合、造形平面の異なる区分を少なくとも2つのエネルギービームで同時に照射することができるため、1つのより高出力の単一エネルギービームだけを使用した場合と比較して、照射時間を低減させることができ、したがって造形平面内で照射する必要のある構造を同時により速く照射することができる。当然ながら、2つのエネルギービームだけを使用することは単なる例示であり、代わりに、任意の数のエネルギービーム及びそれらのエネルギービームを生成する照射要素を使用することができる。
さらに、ビーム案内ユニットは、少なくとも2つのエネルギービームのスポットが造形平面内で離れるように、又は少なくとも部分的に重複するように、少なくとも2つのエネルギービームを案内するように適合させることができる。したがって、エネルギービームを造形平面内で任意に組み合わせることができる。たとえば、造形平面の一区分を、画定されたパラメータ、たとえば画定されたビーム出力を有するエネルギービームで照射する必要がある場合、少なくとも2つのエネルギービームは、少なくとも2つのエネルギービームのスポットが少なくとも部分的に重複するように造形平面内で案内することができる。特に、少なくとも2つ(たとえば複数)のエネルギービームを同期して案内することができ、個々のエネルギービームは、それぞれ組み合わされ又は重複される。したがって、少なくとも2つのエネルギービームを介して生成される個々のエネルギービームと比較するとより高い出力を有する付加製造で通常使用される単一エネルギービームは、少なくとも2つのエネルギービームを組み合わせることによって置き換えることができる。
したがって、必要な場合、少なくとも2つのエネルギービームを組み合わせることができ、そうでない場合、造形平面内で別個に案内することができる。当然ながら、対応する照射要素によって生成される任意の数のエネルギービームを組み合わせることができる。たとえば、5つのエネルギービームを提供/生成する5つの照射要素が利用可能である場合、それらのエネルギービームのうちの3つを組み合わせることが可能であり、残りの2つのエネルギービームは、組み合わせても、又は別個に案内してもよい。当然ながら、前述の組合せは単なる例示であり、造形平面における単一エネルギービームの任意の組合せ/個々の案内が実行可能である。さらに、エネルギービームのどれでも、同様にオフ又はオンに個々に切り換えることができる。
本発明の装置の別の実施形態によれば、ビーム案内ユニットは、造形平面の画定された領域にわたって各エネルギービームを案内するように適合させることができ、少なくとも2つのエネルギービームは、重複領域内、特に造形平面全体で重複させることができる。したがって、造形平面内で各エネルギービームを案内することができる領域を画定することが可能であり、少なくとも1つの重複領域を画定することができ、エネルギービームは、造形平面内で生成されるスポットを少なくとも部分的に重複させることができるように案内することができる。したがって、造形平面は、複数の領域に細分することができ、各領域は、エネルギービームの少なくとも1つに割り当てることができ、各エネルギービームは、そのエネルギービームが割り当てられた小領域内で案内することができる。小領域は、重複領域内で重複し、エネルギービームは、造形平面内のスポットが重複領域内で重複するように案内することができる。好ましくは、重複領域は、造形平面の任意の領域内ですべてのエネルギービームを重複させることができるように、造形平面全体とすることができる。また当然ながら、造形平面のすべての領域内ですべてのエネルギービームを案内することも可能である。
本発明の装置は、照射ユニットが、少なくとも2つの照射要素にエネルギービームを生成するためのエネルギーを提供するように適合された共通のエネルギー源、特に電気エネルギー源を備えるように、さらに改善することができる。したがって、共通のエネルギー源を介して、少なくとも2つの照射要素にエネルギーを提供することができる。共通のエネルギー源は、たとえば、共通の保持構造内へ取り付け又は組み込むことができ、すなわち共通のハウジング内に配置することができる。共通のエネルギー源は、少なくとも2つの照射要素が対応するエネルギービームを生成することができるように、少なくとも2つの照射要素にエネルギーを分散させて、これらの照射要素に出力を提供することができる。したがって、従来技術で通常使用される単一の照射要素又は別個に配置された複数の照射要素と比較すると、1つの共通のエネルギー源だけが必要とされ、提供されるエネルギーは、必要に応じて少なくとも2つの照射要素に分散させることができる。
さらに、共通のエネルギー源は、各照射要素にエネルギーを個々に提供するように適合させることができ、制御ユニットは、各照射要素を個々に弱め且つ/又は切り換えるように適合させることができる。制御ユニットは、たとえば、共通のエネルギー源の一部と見なすことができ、又は共通の保持構造に取り付け若しくは組み込むこともできる別個の制御ユニットとして提供することができる。制御ユニットは、共通のエネルギー源を介して提供される(電気)エネルギーを分散させ、特に各照射要素を個々に弱め且つ/又は切り換えるように適合させることができる。有利には、少なくとも2つの照射要素は、少なくとも2つの照射要素を介して生成されるエネルギービームのエネルギーを制御することができるように、切り換え且つ/又は弱めることができる。したがって、適切な量のエネルギーを造形材料内で消費することができる。
本発明の装置の別の実施形態によれば、照射ユニットは、共通の冷却デバイスを備えることができ、少なくとも2つの照射要素は、共通の冷却デバイスに熱的に接触して配置される。したがって、照射要素は、共通の冷却デバイスを介して調整、特に冷却することができ、少なくとも2つの照射要素は、共通の冷却デバイスに熱的に接触して配置される。言い換えれば、各照射要素に対して個々の冷却デバイスを提供するのではなく、同じ照射ユニットに割り当てられた少なくとも2つの照射要素、特にすべての照射要素を冷却するように適合された1つの共通の冷却デバイスを提供することができる。冷却デバイスは、たとえば、共通の保持構造に組み込み又は取り付けることができる。
好ましくは、共通の冷却デバイスは、少なくとも1つの共通の冷却回路及び/又は少なくとも1つの共通の冷却プラットホームを備えることができる。概して、共通の冷却デバイスは、照射要素から熱を放散するため、特に付加製造プロセス全体にわたって照射要素を冷却するために使用することができる。したがって、少なくとも1つの冷却回路を介して少なくとも2つの照射要素から離れる方へ熱を案内することができる。冷却回路は、たとえば少なくとも2つの照射要素の少なくとも1つの表面に沿って流れることによって、照射要素から離れる方へ熱を案内することができる少なくとも1つの流体を含むことができる。別法又は追加として、少なくとも1つの共通の冷却プラットホームを提供することができ、この共通の冷却プラットホームに照射要素が取り付けられ、すなわち照射要素は、この共通の冷却プラットホームに(直接)熱的に接触したままになる。
本発明の装置の別の好ましい実施形態によれば、少なくとも2つの照射要素、並びに共通のエネルギー源及び/又は共通の冷却デバイスは、照射アセンブリを形成する。したがって、少なくとも2つの照射要素、並びに共通のエネルギー源及び/又は共通の冷却デバイスは、共通の保持構造を介してともに結合することができ、特に同じ共通のハウジング内に配置することができる。したがって、照射ユニット、並びに補助デバイス、すなわち共通のエネルギー源及び共通の冷却デバイスは、照射アセンブリを形成し、同じ共通のハウジング内に配置することができる。したがって、照射アセンブリが付加製造装置の1つの構成要素(アセンブリ)を構成するので、照射アセンブリは、小型で簡単に取り付けられるように構築することができる。
さらに、照射デバイスは、少なくとも1つの光ファイバを備えることができ、特に異なる照射要素によって生成される少なくとも2つのエネルギービームが、同じ光ファイバ又は異なる光ファイバ内へ結合される。したがって、対応する光ファイバによって、照射要素の1つによって生成されるエネルギービームをすなわち処理チャンバ内及び造形平面へ案内することが可能である。また、同じ光ファイバ内へ結合されるエネルギービームを生成する少なくとも2つの照射要素を有し、両エネルギービームを組み合わせることも可能である。
本発明の装置は、少なくとも2つの照射要素に結合可能である又は結合されている少なくとも1つの照射ヘッドを提供することができ、少なくとも1つの照射ヘッドが、照射要素を介して生成される各エネルギービームのビーム特性を特に個々に修正するように適合された少なくとも1つのビーム修正ユニットを備えるように、さらに改善することができる。したがって、照射ヘッドは、各エネルギービームのビーム特性を個々に修正するために使用することができ、又は照射ヘッドは、少なくとも2つのエネルギービームを均一且つ/若しくは同時に修正することができる。したがって、照射ヘッド内へ結合される各エネルギービームのビーム特性、たとえばスポット寸法(形状、サイズなど)、スポット焦点位置、参照軸に対するスポット位置を修正することができる。
さらに、本発明は、3次元の物体を付加製造する装置、特に前述した本発明の装置向けの照射デバイスに関し、照射デバイスは、少なくとも1つの照射ユニットを備え、照射ユニットは、少なくとも2つの照射要素が画定された空間関係で配置される共通の保持構造、特に共通のハウジングを備え、少なくとも2つの照射要素は、個々に制御可能である。
さらに、本発明は、エネルギービーム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少なくとも1つの装置、特に前述した本発明の装置を動作させる方法に関し、この装置は、少なくとも1つの照射ユニットを有する少なくとも1つの照射デバイスを備え、照射ユニットは、少なくとも2つの照射要素が画定された空間関係で配置される共通の保持構造、特に共通のハウジングを備え、少なくとも2つの照射要素は、個々に制御可能である又は制御されている。
本発明の装置に関して記載するすべての特徴、詳細、及び利点は、本発明の照射デバイス及び本発明の方法に完全に移行可能であることが自明である。特に、本発明の方法は、本発明の装置上で、好ましくは本発明の照射デバイスを使用して実行することができる。
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。
本発明の装置を示す概略図である。
この図は、エネルギービーム8によって固化することができる造形材料3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2を付加製造する装置1を示す。装置1は、照射ユニット5を有する照射デバイス4を備え、この例示的な実施形態では、照射ユニット5は、共通のハウジングとして構築された共通の保持構造6を備える。照射ユニット5は、複数の照射要素7をさらに備え、この例示的な実施形態では、5つの照射要素7が提供される。
図から導出することができるように、照射要素7は、共通の保持構造6内に配置され、言い換えれば、共通の保持構造6は、特に照射要素7を取り囲む。したがって、照射要素7は、共通の保持構造6に取り付けられ、且つ互いに取り付けられる(任意選択)ため、共通の保持構造6は、空間関係を画定し、照射要素7をこの画定された空間関係で保持する。
各照射要素7は、エネルギービーム8を生成するように適合され、エネルギービーム8は、造形平面9内に配置された造形材料3を選択的に照射して物体2を層ごとに連続して付加造形するように、装置1の造形平面9上へ案内されることができる。照射要素7には、共通のエネルギー源10を介して(電気)エネルギーが提供される。共通のエネルギー源10もまた、共通の保持構造6内へ組み込まれる(任意選択)。共通のエネルギー源10は、各照射要素7へ(電気)エネルギーを個々に提供するように適合された制御ユニット11を備える。したがって、制御ユニット11は、各照射要素7をオン又はオフに個々に切り換えるように適合され、この例示的な実施形態による制御ユニット11は、各照射要素7を個々に弱めるようにさらに適合される。
個々の照射要素7を介して生成されるエネルギービーム8は、ビーム案内ユニット19を介して造形平面9上へ案内されることができる。ビーム案内ユニット19は、エネルギービーム8を個々に案内するように適合され、エネルギービーム8の少なくとも2つは、少なくとも部分的に重複させることができる。したがって、造形平面9内のエネルギービーム8のスポットを少なくとも部分的に、特に完全に重複させて、少なくとも2つのエネルギービーム8を組み合わせることができる。当然ながら、造形平面9内のエネルギービーム8の任意の組合せが実行可能であり、この図に示す例示的な実施形態では、3つのエネルギービーム8が組み合わされており、2つのエネルギービーム8は個々に制御され、造形平面9内で別個に案内されている。当然ながら、造形平面9内のエネルギービーム8の案内及び単一エネルギービーム8の実行される組合せは、実際の照射ステップに依存する。少なくとも2つのエネルギービームを組み合わせることによって、組み合わせたエネルギービーム8によって消費されるエネルギーを増大させることができるなど、異なるビームパラメータを強化することができる。
したがって、ビーム案内ユニット19は、造形平面9の画定された領域、特に造形平面9全体にわたって、各エネルギービーム8を案内することができる。この図に示すこの実施形態によれば、エネルギービーム8は、造形平面9全体にわたって任意に重複させ又は組み合わせることができる。
照射ユニット5は、共通の冷却プラットホーム13及び共通の冷却回路14を備える共通の冷却デバイス12をさらに備える。この図から導出することができるように、照射要素7は、共通の冷却プラットホーム13に取り付けられ、したがって共通の冷却プラットホーム13に熱的に接触したままになる。さらに、共通の冷却回路14は、照射要素7、共通のエネルギー源10、及び冷却プラットホーム13に沿って流れる不活性ガスなどの冷却流体の流れを生成するように適合される。したがって、照射要素7は、共通の保持構造6内で調整、好ましくは冷却することができ、共通の冷却プラットホーム13及び共通の冷却回路14、すなわち共通の冷却デバイス12もまた、共通の保持構造6内に配置される。共通の冷却デバイス12は、照射要素7が付加製造プロセス全体にわたって一定の温度を維持することを確実にするために、照射要素7から熱を放散することを可能にする。
照射ユニット5は、ファイバアレイ15をさらに備え、ファイバアレイ15は、複数(5つ)の光ファイバ16を備え、照射要素7を介して生成されるエネルギービーム8は、ファイバアレイ15の光ファイバ16内へ結合される。特に、エネルギービーム8は、同じ光ファイバ16内へ結合することができ、又は異なる光ファイバ16内へ結合することが可能である。図示の実施形態によれば、すべてのエネルギービーム8が、光ファイバアレイ15の個々の光ファイバ16内へ結合される。光ファイバ16は、たとえば、エネルギービーム8を照射要素7からビーム案内ユニット19へ伝達することを可能にする。
さらに、照射デバイス4は、照射要素7に結合された照射ヘッド17を備える。照射ヘッド17は、照射要素7を介して生成される各エネルギービーム8のビーム特性を個々に修正するように適合された修正ユニット18を備える。したがって、生成されるエネルギービーム8の異なるビーム特性、たとえばスポット寸法、特にスポット形状、スポットサイズ、及び/又は造形平面9に対するスポット焦点位置、及び/又は参照軸、たとえば造形平面9の中心軸に対するスポット位置を、個々に修正することができる。
この例示的な実施形態では、照射要素7、並びに共通のエネルギー源10及び共通の冷却デバイス12及び照射ヘッド17は、照射アセンブリを形成する。したがって、照射アセンブリは、異なる構成要素を備え、これらの構成要素はすべて、共通の保持構造6、特に共通のハウジング内に配置される。
本発明の方法は、本発明の装置1上で、好ましくは照射デバイス4を使用して実行することができることが自明である。
1 装置
2 3次元の物体
3 造形材料
4 照射デバイス
5 照射ユニット
6 共通の保持構造
7 照射要素
8 エネルギービーム
9 造形平面
10 共通のエネルギー源
11 制御ユニット
12 共通の冷却デバイス
13 共通の冷却プラットホーム
14 共通の冷却回路
15 ファイバアレイ
16 光ファイバ
17 照射ヘッド
18 修正ユニット
19 ビーム案内ユニット

Claims (14)

  1. エネルギービームによって固化することができる造形材料(3)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(2)を付加製造(積層造形)する装置(1)であって、少なくとも1つの照射ユニット(5)を有する照射デバイス(4)を備え、前記照射ユニット(5)は、少なくとも2つの照射要素(7)を画定された空間関係でその内部で保持する一つの共通の保持構造(6)を備え、前記少なくとも2つの照射要素(7)は、個々に制御可能であり、前記照射デバイス(4)は、前記共通の保持構造(6)外に少なくとも2つのエネルギービーム(8)を照射し、前記照射ユニット(5)は、共通の冷却デバイス(12)を前記内部に備え、前記少なくとも2つの照射要素(7)は、前記共通の冷却デバイス(12)に前記内部で熱的に接触して配置されることを特徴とする装置。
  2. 前記少なくとも2つの照射要素(7)を介して生成される少なくとも2つのエネルギービーム(8)を造形平面(9)内で個々に案内するように適合された少なくとも1つのビーム案内ユニット(19)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記ビーム案内ユニット(19)は、前記少なくとも2つのエネルギービーム(8)のスポットが前記造形平面(9)内で離れるように、又は少なくとも部分的に重複するように、前記少なくとも2つのエネルギービーム(8)を案内するように適合されることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
  4. 前記ビーム案内ユニット(19)は、前記造形平面(9)の画定された領域にわたって各エネルギービーム(8)を案内するように適合され、前記少なくとも2つのエネルギービーム(8)は、重複領域内で重複させることができることを特徴とする、請求項2又は3に記載の装置。
  5. 前記照射ユニット(5)は、前記少なくとも2つの照射要素(7)にエネルギービーム(8)を生成するためのエネルギーを提供するように適合された共通のエネルギー源(10)を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載の装置。
  6. 前記共通のエネルギー源(10)は、各照射要素(7)にエネルギーを個々に提供するように適合され、制御ユニット(11)が、各照射要素(7)を個々に弱め且つ/又は切り換えるように適合されることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
  7. 前記共通の冷却デバイス(12)は、少なくとも1つの共通の冷却回路(14)及び/又は少なくとも1つの共通の冷却プラットホーム(13)を備えることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載の装置。
  8. 前記少なくとも2つの照射要素(7)、並びに前記共通のエネルギー源(10)及び/又は前記共通の冷却デバイス(12)は、照射アセンブリを形成することを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一つに記載の装置。
  9. 前記照射デバイス(4)は、少なくとも1つの光ファイバ(16)を備え、少なくとも2つのエネルギービーム(8)が、同じ光ファイバ(16)又は異なる光ファイバ(16)内へ結合されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載の装置。
  10. 前記照射ユニット(5)は、少なくとも2つの光ファイバ(16)を有する光ファイバアレイ(15)を備え、少なくとも2つの照射要素(7)を介して生成される少なくとも2つのエネルギービーム(8)が、同じ光ファイバ(16)内へ結合され、且つ/又は少なくとも2つのエネルギービーム(8)が、前記光ファイバアレイ(15)の異なる光ファイバ(16)内へ結合されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の装置。
  11. 前記少なくとも2つの照射要素(7)に結合可能である又は結合されている少なくとも1つの照射ヘッド(17)を備え、前記少なくとも1つの照射ヘッド(17)は、前記照射要素(7)を介して生成される各エネルギービーム(8)のビーム特性を個々に修正するように適合された少なくとも1つのビーム修正ユニット(18)を備えることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載の装置。
  12. 前記ビーム修正ユニット(18)は、各エネルギービーム(8)のスポット寸法及び/又は造形平面(9)に対するスポット焦点位置、及び/又は参照軸に対するスポット位置を個々に修正するように適合されることを特徴とする、請求項11に記載の装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか一つに記載の装置(1)であって、前記少なくとも2つの照射要素(7)は、個々に制御可能であることを特徴とする装置
  14. エネルギービームによって固化することができる造形材料(3)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(2)を付加製造する少なくとも1つの装置(1)を動作させる方法であって、前記装置(1)は、少なくとも1つの照射ユニット(5)を有する少なくとも1つの照射デバイス(4)を備え、前記照射ユニット(5)は、少なくとも2つの照射要素(7)を画定された空間関係でその内部で保持する共通の保持構造(6)を備え、前記少なくとも2つの照射要素(7)は、個々に制御可能であり、前記照射デバイス(4)は、前記共通の保持構造(6)外に少なくとも2つのエネルギービーム(8)を照射し、前記照射ユニット(5)は、共通の冷却デバイス(12)を前記内部に備え、前記少なくとも2つの照射要素(7)は、前記共通の冷却デバイス(12)に前記内部で熱的に接触して配置されることを特徴とする方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110667108B (zh) * 2019-09-25 2020-09-04 深圳市纵维立方科技有限公司 一种用于lcd光固化3d打印机的节能方法及系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003080604A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Fuji Photo Film Co Ltd 積層造形装置
EP2729220B1 (en) * 2011-12-20 2015-11-04 Oriflame Research and Development Ltd. Compounds with anti-aging activities
CN105188993A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 麦特法布公司 用于增材制造装置的料盒和方法
WO2014179345A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 Zediker Mark S Devices, systems, and methods for three-dimensional printing
JP6310560B2 (ja) * 2013-12-17 2018-04-11 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. レーザ印刷システム
WO2015120168A1 (en) * 2014-02-06 2015-08-13 United Technologies Corporation An additive manufacturing system with a multi-energy beam gun and method of operation
DE102015103127A1 (de) * 2015-03-04 2016-09-08 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bestrahlungssystem für eine Vorrichtung zur generativen Fertigung
CN107708969B (zh) * 2015-06-10 2020-07-28 Ipg光子公司 多光束增材制造
US20200086388A1 (en) * 2015-07-15 2020-03-19 Nuburu, Inc. Additive Manufacturing System with Addressable Array of Lasers and Real Time Feedback Control of each Source
WO2017085470A1 (en) * 2015-11-16 2017-05-26 Renishaw Plc Module for additive manufacturing apparatus and method
DE102016104677A1 (de) * 2016-03-14 2017-09-14 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Anlage zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
CN205929484U (zh) * 2016-08-19 2017-02-08 北京金达雷科技有限公司 用于光固化3d打印机的冷却系统
CN106827509B (zh) * 2017-01-24 2023-12-15 江苏艾德锐电子科技有限公司 光源组件及3d打印机
WO2019143314A1 (en) * 2018-01-16 2019-07-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three dimensional printing system

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