JP7012451B2 - 付加製造のための断層撮影スキャナを用いる欠陥補正 - Google Patents

付加製造のための断層撮影スキャナを用いる欠陥補正 Download PDF

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Description

本開示は一般に付加製造に関し、より具体的には、付加製造のために用いられる３次元モデルを、断層撮影スキャンを用いて特定された欠陥に基づいて補正するための方法に関する。
付加製造（ＡＭ）は、材料の除去ではなく材料の連続的な積み重ねを通して物体を作り出す、多種多様な工程を含む。したがって、付加製造は、どのような種類の器具、型、または固定具も用いることなく、また材料をほとんどまたは全く無駄にすることなく、複雑な幾何学形状を制作することができる。大部分が切除され廃棄される材料の中実のビレットから物体を機械加工する代わりに、付加製造において用いられる材料は、物体の形状形成に必要とされるもののみである。
付加製造技法は通常、意図する３次元（３Ｄ）モデルを含む形成されるべき物体の３次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを利用すること、または物体をレンダリングすることを含む。意図する３ＤモデルをＣＡＤシステムにおいて制作することができるか、あるいは、付加製造によって物体のコピーを作成するために用いられるかまたは付属的な物体を（たとえば歯型からマウスガードを）作成するために用いられることになるその物体の原型の画像化（たとえばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン）により、意図する３Ｄモデルを策定することができる。いずれの場合も、意図する３Ｄモデルは、電子的にスライスされて、たとえば１８～１０２マイクロメートルの厚さの複数の層となり、各層の２次元画像を有するファイルが制作される。このファイルを次いで、ファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムに投入してよく、この結果、様々な種類の付加製造システムによって、物体が構築可能となる。３Ｄプリント、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、および直接デジタル製造（ＤＤＭ）という付加製造の形態では、材料層を選択的に分与して物体が制作される。
選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）などの金属粉末付加製造技法では、金属粉末層が連続的に溶融されて１つになり、物体を形成する。より詳細には、微細な金属粉末の層が、適用装置を用いて金属粉末ベッド上に均一に分散された後で、連続的に溶融される。金属粉末ベッドを、垂直軸において移動させることができる。この工程は、不活性ガス、たとえばアルゴンまたは窒素の、精確に制御された雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。各層が制作されると、金属粉末を選択的に溶融させることによって、物体の幾何学形状の各２次元スライスを融着することができる。この溶融は、金属粉末を完全に溶着（溶融）して固体の金属を形成するために、１００ワットのイッテルビウムレーザなどの高出力レーザによって行ってよい。レーザは、走査ミラーを用いてＸ－Ｙ方向に移動し、金属粉末を完全に溶着（溶融）して固体の金属を形成するのに十分な強度を有する。金属粉末ベッドは、続く各２次元層に対して降下され、３次元物体が完全に形成されるまでこの処理が繰り返される。
多くの付加製造技法において、層は、意図する３Ｄモデルにおいて提供される命令に従って制作され、溶融した形態または溶融されて溶融プールを作り出す形態のいずれかの材料を用いる。各層は最終的に冷却されて固体の物体を形成する。付加製造中に２次元層が正確に形成されていることを保証するために、画像化システムが採用されてきた。しかしながら、物体の冷却に関わる１つの課題は、冷却時に物体に熱的欠陥が形成される場合があり、これにより物体が意図する３Ｄモデルに一致するのが妨げられる、ということである。熱的欠陥は通常、付加製造中には特定できないが、その理由は、これらがこの工程の後期になるまで存在しないからである。熱的欠陥は製造後に特定するのも困難であり得るが、その理由は、これらが寸法的に非常に小さく、また多くの場合、物体の内部に位置付けられるからである。現在の分析技法は、熱的欠陥を特定し意図する３Ｄモデルにおける補正を可能するのに適切な機構を提供しない。
米国特許出願公開第２０１５／０３７５４５６号明細書
本開示の第１の態様は、付加製造システムフォーマットになっている物体の意図する３次元（３Ｄ）モデルに基づき、付加製造システムを用いて物体の部分を形成することと、断層撮影スキャナを用いて物体の部分をスキャンして、断層撮影スキャナフォーマットになっている物体の部分のスキャナモデルを取得することと、モデルを断層撮影スキャナフォーマットから付加製造システムフォーマットへと変換して、変換された断層撮影モデルを取得することと、変換された断層撮影モデルを意図する３Ｄモデルと比較して、物体の部分の欠陥を特定することと、物体の部分の欠陥に対処するように意図する３Ｄモデルを補正する、物体の修正された３Ｄモデルを生成することと、を含む方法を提供する。
本開示の第２の態様は、付加製造システムフォーマットになっている物体の意図する３次元（３Ｄ）モデルに基づいて、付加製造システムを用いて物体の部分を形成することと、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを用いて物体の部分をスキャンして、物体の部分のＣＴモデルをＣＴスキャナフォーマットで取得することと、ＣＴモデルをＣＴスキャナフォーマットから付加製造システムフォーマットへと変換して、変換されたＣＴモデルを取得することと、変換されたＣＴモデルを意図する３Ｄモデルと比較して、物体の部分の欠陥を特定することと、物体の部分の欠陥に対処するように意図する３Ｄモデルを補正する、物体の修正された３Ｄモデルを生成することと、を含む方法を提供する。
本開示の例示的な態様は、本明細書に記載した問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計されている。
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描写する添付の図面と併せて行われる、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。
本開示の実施形態による、再生利用システムを含む付加製造システムの概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、意図する３次元（３Ｄ）モデルの選択された平面を通る断面図である。 本開示の実施形態による、付加製造を用いて形成されかつ熱的欠陥を含む物体の３次元（３Ｄ）断層撮影スキャナモデルの選択された平面を通る断面図である。 本開示の実施形態による、物体の３次元（３Ｄ）モデルの選択された平面を通り、かつ図３における熱的欠陥に対処するための補正を含む、断面図である。
本開示の図面が縮尺通りではないことが留意される。図面は本開示の代表的な態様のみを描写することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面において、同様の番号付けは、これらの図面の間の同様の要素を表す。
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、これらは、以下の意味を有するように定義されるものとする。
「任意選択の」または「任意選択で」は、続いて記載される事象または状況が、生じる場合も生じない場合もあること、ならびに、その記載が、その事象が生じる事例およびこれが生じない事例を含むことを意味する。
本出願において明細書および特許請求の範囲の全体を通して用いられるように、関係する基本的機能を結果的に変化させずに許容範囲内で変動し得る任意の量的表現を修飾するために、近似に関する言語を適用する場合がある。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾される値は、指定される精確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの事例では、近似に関する言語は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。本出願において明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定を組み合わせるおよび／または互いに入れ替えることができ、そのような範囲は識別され、文脈または言語がそうではないと示さない限りは、その中に包含される全ての下位範囲を含む。
本明細書において示されるように、本開示は、付加製造を用いて制作された物体中の欠陥を断層撮影スキャンを用いて特定し、この欠陥に対処するために意図する３Ｄモデルのための補正を作り出す方法を提供する。図１に示すように、物体１０２を、冷却による欠陥に関与している付加製造（ＡＭ）システム１００によって形成することができる。示されるように、付加製造は、材料の除去ではなく材料の連続的な積み重ねを通して物体を作り出す、任意の工程を含み得る。このようにして、付加製造は、どのような種類の器具、型、または固定具も用いることなく、また材料をほとんどまたは全く無駄にすることなく、複雑な幾何学形状を創出することができる。大部分が切除され廃棄されるプラスチックの中実のビレットから物体を機械加工する代わりに、付加製造において用いられる材料は、その部品の形状形成に必要とされるもののみである。付加製造工程は一般に、限定するものではないが、３Ｄプリント、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、直接デジタル製造（ＤＤＭ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、を含み得る。本開示に関しては、付加製造は、熱的欠陥に関与している任意の工程を含み得る。説明の目的で、冷却による欠陥に関与している例示的な付加製造工程として、ＤＭＬＭが選ばれている。他の付加製造が同様の問題を提示する場合があり、本開示の教示が、本明細書において記述されるようなもの以外の任意の特定の付加製造工程に限定されないことが、強調される。
図１は、上側表面だけが示されている物体１０２を生成するための、例示的なコンピュータ化されたレーザ、金属粉末付加製造システム１００の概略／ブロック図を示す。この例では、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）のためのシステム１００が配設される。本開示の一般的な教示が、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）として言及され得るもののような金属粉末レーザ付加製造の他の形態に、等しく適用可能であることが理解される。物体１０２は円形の要素として例示されている。しかしながら、付加製造工程を、多種多様な部品を製造するように容易に適合できることが理解される。
システム１００は一般に、レーザ、金属粉末付加製造制御システム１０４（「制御システム」）、およびＡＭプリンタ１０６を含む。この後記載するように、制御システム１０４は、複数のレーザ１３４、１３６を用いて物体１０２を生成するためのコード１０８を実行する。制御システム１０４は、コンピュータ１１０上にコンピュータプログラムコードとして実装されるものとして示されている。この限りにおいて、コンピュータ１１０は、メモリ１１２、プロセッサ１１４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１１６、およびバス１１８を含むものとして示されている。さらに、コンピュータ１１０は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース１２０および保存システム１２２と通信するように示されている。一般に、プロセッサ１１４は、メモリ１１２および／または保存システムに１２２保存されるコンピュータプログラムコード１０８を実行する。コンピュータプログラムコード１０８の実行中、プロセッサ１１４は、メモリ１１２、保存システム１２２、Ｉ／Ｏデバイス１２０、および／またはＡＭプリンタ１０６から／へと、データを読み取るおよび／または書き込むことができる。バス１１８は、コンピュータ１１０内のコンポーネントの各々同士の間に通信リンクを提供し、また、Ｉ／Ｏデバイス１２０は、使用者がコンピュータ１１０と対話することを可能にする任意のデバイス（たとえばキーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイ、等）を備え得る。コンピュータ１１０は、ハードウェアとソフトウェアの様々な可能な組み合わせのうちの、代表的なものに過ぎない。たとえば、プロセッサ１１４は、単一の処理ユニットを備えてよいか、または、１つもしくは複数の場所において、たとえばクライアントおよびサーバ上で、１つもしくは複数の処理ユニットにわたって分散されてよい。同様に、メモリ１１２および／または保存システム１２２は、１つまたは複数の物理的な場所に存在してよい。メモリ１１２および／または保存システム１２２は、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、等を含む、様々な種類の非一時的コンピュータ可読記憶媒体の、任意の組み合わせを備え得る。コンピュータ１１０は、産業用制御装置、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ハンドヘルドデバイス、等などの、任意の種類のコンピューティングデバイスを備え得る。
留意されるように、システム１００、および特に制御システム１０４は、物体１０２を生成するためのコード１０８を実行する。コード１０８は、とりわけ、ＡＭプリンタ１０６を操作するためのコンピュータ実行可能命令（「プリンタ」）の組１０８Ｓ、および、ＡＭプリンタ１０６によって物理的に生成されるべき物体１０２を規定するコンピュータ実行可能命令（「物体」）の組１０８Ｏを含み得る。本明細書に記載するように、付加製造工程は、コンピュータ実行可能命令コード１０８を保存する非一時的コンピュータ可読記憶媒体（たとえばメモリ１１２、保存システム１２２、等）を用いて始まる。ＡＭプリンタ１０６を操作するためのコンピュータ実行可能命令１０８Ｓは、ＡＭプリンタ１０６を操作できる任意の現在知られているまたは今後開発されるソフトウェアコードを含み得る。
物体１０２を規定するコンピュータ実行可能命令１０８Ｏの組は、物体１０２の精確に規定された意図する３Ｄモデルを含むことができ、ＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（登録商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ ３Ｄ Ｍａｘ、等のような、多種多様なよく知られているコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムのいずれかから生成することができる。この点に関して、コード１０８Ｏは最初は、任意の現在知られているまたは今後開発されるファイルフォーマットを含み得る。さらに、物体１０２を表すコード１０８Ｏは、異なるファイルフォーマット間で翻訳されてよい。たとえば、コード１０８Ｏは、３Ｄ ＳｙｓｔｅｍｓのステレオリソグラフィＣＡＤプログラム用に制作されたＳｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）ファイル、または付加製造ファイル（ＡＭＦ）を含んでよく、付加製造ファイルは、任意のＣＡＤソフトウェアが任意のＡＭプリンタで製作されることになる任意の３次元物体の形状および構成を記述できるように設計された、拡張マークアップ言語（ＸＭＬ）ベースのフォーマットである、アメリカ機械学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）（ＡＳＭＥ）規格である。物体１０２を表すコード１０８Ｏは、必要に応じて、データ信号の組へと変換、データ信号の組として送信、受信、コードに変換、保存、等されてもよい。いずれの場合も、コード１０８Ｏは、システム１００への入力であってよく、部品設計者、知的財産（ＩＰ）提供者、設計会社、システム１００の操作者もしくは所有者、または他の供給源からもたらされてよい。いずれの場合も、制御システム１０４は、コード１０８Ｓおよび１０８Ｏを実行し、物体１０２を一連の薄いスライスへと分割し、制御システム１０４はこれらをＡＭプリンタ１０６を用いて材料の連続的な層として組み立てる。
ＡＭプリンタ１０６は、封止されて物体１０２のプリントのための制御された雰囲気を提供する、処理チャンバ１３０を含み得る。上に物体１０２が構築される金属粉末ベッドまたはプラットフォーム１３２が、処理チャンバ１３０内に配置される。いくつかのレーザ１３４、１３６が、金属粉末ベッド１３２上の金属粉末の層を溶融して物体１０２を生成するように構成される。本明細書において対のレーザ１３４、１３６が記載されることになるが、本開示の教示が、ただ１つのまたは対よりも多いレーザ１３４、１３６を採用するシステムに適用可能であることが強調される。図１に関連して記載されるような各レーザ１３４、１３６は、これが単独で金属粉末を溶融できる場、および両方のレーザ１３４、１３６が金属粉末を溶融できる重なり領域を有する。この点に関して、各レーザ１３４、１３６はそれぞれ、各スライスに関してコード１０８によって規定されるように粒子を融着する、レーザ光線１３８、１３８’を生成し得る。レーザ１３４は、レーザ光線１３８を用いて物体１０２の層を制作している状態で示されており、一方、レーザ１３６は、休止状態であるが仮想線のレーザ光線１３８’を有して示されている。各レーザ１３４、１３６は、任意の現在知られているまたは今後開発される手法で較正される。すなわち、各レーザ１３４、１３６は、個々の位置補正（図示せず）および位置合わせ補正を提供して正確度を保証するために、そのレーザ光線のプラットフォーム１３２に対する予期される位置を、その実際の位置と相関させてある。
適用装置１４０は、最終的な物体の各連続したスライスを制作する元となる白紙のキャンバスとして広がった、原材料１４２の薄い層を制作することができる。ＡＭプリンタ１０６の様々な部品は、新しい各層の付加に対応するように移動してよく、たとえば、各層に続いて、金属粉末ベッド１３２が降下してよく、かつ／または、チャンバ１３０および／もしくは適用装置１４０が上昇してよい。この工程は、微細粒体の金属粉末または反応性金属粉末の形態の様々な原材料を用いることができ、その備蓄を、適用装置１４０がアクセス可能なチャンバ１４４内に保持することができる。目下の事例では、物体１０２を、純金属または合金を含んでよい「金属」で作成することができる。この金属は、たとえば、アルミニウムもしくはチタニウム、または他の反応性金属などの、反応性金属を含んでよい。システム１００は、限定するものではないが、コバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）合金、ステンレス鋼、ニッケル－クロム－モリブデン－ニオブ合金（ＮｉＣｒＭｏＮｂ）（たとえばＩｎｃｏｎｅｌ ６２５またはＩｎｃｏｎｅｌ ７１８）、ニッケル－クロム－鉄－モリブデン合金（ＮｉＣｒＦｅＭｏ）（たとえばＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｉｎｃ．から入手可能なＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）Ｘ）、またはニッケル－クロム－コバルト－モリブデン合金（ＮｉＣｒＣｏＭｏ）（たとえばＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｉｎｃ．から入手可能なＨａｙｎｅｓ２８２）、等のようなオーステナイトのニッケル－クロム系合金などの、実際上任意の非反応性金属粉末、すなわち非爆発性または非導電性の粉末とともに用いることもできる。
処理チャンバ１３０は、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスで充填され、とりわけ反応性金属との反応を防止するため、酸素を最小化または排除するように制御される。制御システム１０４は、不活性ガス１５４の供給源からの処理チャンバ１３０内の気体混合物１６０の流れを制御するように構成される。この場合、制御システム１０４は、不活性ガス用のポンプ１５０および／または流量弁システム１５２を制御して、気体混合物１６０の内容を制御することができる。流量弁システム１５２は、特定の気体の流れを精確に制御できる、１つまたは複数のコンピュータ制御可能弁、流量センサ、温度センサ、圧力センサ、等を含み得る。ポンプ１５０に、弁システム１５２を設けても設けなくてもよい。ポンプ１５０が省略される場合、不活性ガスは、処理チャンバ１３０への導入に先立って、単に導管またはマニホールドに入ってよい。不活性ガス１５４の供給源は、中に収容される材料のための任意の従来の供給源、たとえばタンク、貯留槽、または他の供給源の形態をとってよい。気体混合物１６０を測定するために必要とされる任意のセンサ（図示せず）を設けることができる。気体混合物１６０を、フィルタ１７０を用いて従来の手法でフィルタリングすることができる。
動作時に、金属粉末ベッド１３２は処理チャンバ１３０内に設けられ、制御システム１０４が、不活性ガス１５４の供給源からの処理チャンバ１３０内の気体混合物１６０の流れを制御する。制御システム１０４は、金属粉末ベッド１３２上の金属粉末の層を連続的に溶融して物体１０２を生成するように、ＡＭプリンタ１０６、特に、適用装置１４０およびレーザ１３４、１３６の制御も行う。
図２は、例示的な物体１０２の意図する３次元（３Ｄ）モデル１８０の選択された平面を通る断面図を示す。「意図する３Ｄモデル」１８０は物体１０２の、システム１００が使用可能な本明細書に記載のファイルフォーマット、たとえばＳＴＬまたはＡＭＦのうちの１つとなっている電子的表現を含むが、これは物体１０２が、システム１００によって製造されることになるからである。物体１０２は、付加製造システム１００によって形成され得る任意の物体の形態をとってよい。説明の目的で、物体１０２が、製造中の１つまたは複数の層の冷却時に熱的欠陥を被る、（仮想線の卵形の）少なくとも１つの部分１８２を含むと仮定する。示される例では、部分１８２は物体１０２の内部にあり、たとえば、いくつかの冷却ピラー１８４に隣接する冷却チャネルの隅角を含み得る。意図する３Ｄモデル１８０に示すように、部分１８２は、最も近いピラー１８６から分離されることになっている。意図する３Ｄモデル１８０と比較して、部分１８２が、製造中に変形可能な物体１０２の任意の特徴、寸法、形状、表面、または他の物理的属性を含み得ることが強調される。さらに、部分１８２は、物体１０２の内部部分および／または外部部分であってよい。２次元の図面では限界があるが、部分１８２は３次元の、すなわちページの中へのおよび外への広がりを有し得る。
図３および図４を参照すると、本開示による方法が例示されている。
図３は、意図する３次元（３Ｄ）モデル１８０（図２）に基づき付加製造システム１００を用いて形成された後の、物体１０２Ｍの部分１８２Ｍを示す。物体１０２Ｍの部分１８２Ｍは、意図する３Ｄモデル１８０（図２）における物体１０２（図２）の部分１８２（図２）に対応する。しかしながら、熱による変形に起因して、部分１８２Ｍは、チャネルの隅角から隣接するピラー１８６まで橋渡しする要素の形態の熱的欠陥１８８を含む。従来、そのような熱的欠陥は製造中に画像化によって特定可能ではないので、そのような欠陥を特定するための唯一の方法は、物体１０２Ｍを、たとえばその物体の中へと切り込むかまたは粉砕することによって破壊することであった。
本開示の実施形態によれば、断層撮影スキャナ１９０は、物体１０２Ｍの少なくとも部分１８２Ｍをスキャンして、物体１０２Ｍの少なくとも部分１８２Ｍの断層撮影スキャナモデル１８０Ｍを取得する。断層撮影スキャナ１９０は、物体１０２Ｍの少なくとも部分１８２Ｍの３次元表現、すなわちモデルを取得可能な、任意の現在知られているまたは今後開発されるスキャナを含み得る。通常、断層撮影スキャナ１９０は、付加製造システム１００から分離されるが、いくつかの実施形態では、図１に示すようにその一部として、たとえばＡＭプリンタ１０６の一部として組み込まれてよい。断層撮影スキャナ１９０は、貫通する波、たとえばｘ線、音、等を用いて断面毎に画像化可能な、または撮像後処理ソフトウェアを用いて３Ｄ画像もしくは３Ｄポイントクラウドを制作可能な、任意の形態のデバイスを含み得る。断層撮影スキャナ１９０は、限定するものではないが、フェーズドアレイ超音波検査スキャナ、座標測定機械、構造化光スキャナ、フォトグラメトリシステム、および放射線撮影システム（たとえばＸ線）を含み得る。１つの好ましい例では、断層撮影スキャナ１９０は、ＧＥ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓから入手可能なモデル番号Ｃ４５０などの、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを含み得る。いずれの場合も、断層撮影モデル１８０Ｍは、その形状、寸法、等を観察するために任意の平面に沿って容易に電子的にスライス可能な、すなわち従来のスキャナディスプレイソフトウェアを用いる、少なくとも部分１８２Ｍの３次元表現を含む。図３に示すように、スキャン工程は、スキャン中に、断層撮影スキャナ１９０（その全てもしくは一部）または物体１０２Ｍの少なくとも一方を回転させること（矢印）を含み得る。断層撮影スキャナフォーマットは、選ばれるスキャナ、たとえばＧＥからのモデルＣ４５０が通常採用する任意のファイルフォーマット、たとえば、ＣＴスキャナおよび超音波スキャナ用の医用デジタル画像および通信（ＤＩＣＯＭ）規格フォーマットであってよい。
スキャナモデルは断層撮影スキャナフォーマットから付加製造システムフォーマットへと変換され、この結果、変換された断層撮影モデルが取得されるとともに、物体１０２Ｍの３Ｄモデルも提供される。断層撮影スキャナフォーマットの変換先である付加製造システムフォーマットは、意図する３Ｄモデル１８０のフォーマット、たとえばＳＴＬまたはＡＭＦに一致する。この変換は、任意の現在知られているまたは今後開発されるソフトウェア変換パッケージを用いて行うことができ、これは、述べられる変換に対応するように構成された、選ばれたスキャナへのアドオンであってよい。ＣＴスキャナに関して、たとえば、ドイツ、ハイデルベルクのＶｏｌｕｍｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ＧｍｂＨから入手可能なＣＴ画像化分析ソフトウェアを用いて変換を実行することができる。
変換された断層撮影モデル１８０Ｍは意図する３Ｄモデル１８０と比較され、この結果、物体１０２Ｍの部分１８２Ｍの欠陥が特定される。この比較は、同じファイルフォーマットの３Ｄモデル同士の間の、任意の現在知られているまたは今後開発される比較を含むことができ、Ｖｏｌｕｍｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓから入手可能なものなどの任意の現在知られているもしくは今後開発されるソフトウェアを用いて電子的に実行できるか、または３Ｄモデルを比較することにより手動で実行できる。
図４に示すように、物体１０２Ｍ（図３）の部分１８２Ｍ（図３）の欠陥に対処するように意図する３Ｄモデル１８０を補正する、物体の修正された３Ｄモデル１８０Ｃが生成される。欠陥に対処するように意図する３Ｄモデル１８０（図２）を補正する、物体の修正された３Ｄモデル１８０Ｃを生成することは、限定するものではないが、意図する３Ｄモデル１８０において、寸法、表面仕上げ、張り出しの品質、および特徴分解能のうちの少なくとも１つを修正することを含み得る。示される例では、部分１８２Ｃは、欠陥１８８（図３）がチャネルの隅角を隣接するピラー１８６に橋渡しするのを防止するために、隣接するピラー１８６からさらに遠ざかるように形状形成し直される。理解されるように、多様な代替の修正を適用することもできる。補正は、意図する３Ｄモデルを修正された３Ｄモデル１８０Ｃのものへと修正することにより行うことができる。実際の補正は、完全に新しいコード１０８Ｏ（３Ｄモデル）（図１）としてまたはコード１０８Ｏ（図１）として前もって保存された意図する３Ｄモデルに関するモデル補正１１１（図１）として用いられる、制御システム１０４（図１）用の入力とすることができる。
図２に戻ると、次いで、修正された３Ｄモデル１８０Ｃに基づき、付加製造システム１００を用いて、物体１０２の部分１８２が形成されてよい。結果的に得られる物体は、図２に示すように、意図する３Ｄモデル１８０と同一となる。
本開示の教示を、物体１０２の試作中にまたは物体１０２の付加製造後に、適用することができる。いずれの場合も、開示される方法により、付加製造に起因して生じる熱的欠陥に対処しつつ、物体１０２のより正確なモデリングおよび形成を行うことが可能となる。
本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態について記載することだけを目的としており、本開示を限定するものとなることを意図していない。本明細書で使用される場合、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」はまた、文脈がそうではないと明白に示さない限りは、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書において用いられるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または物体の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、物体、および／またはこれらの組の存在または追加を除外しないことが、さらに理解されるであろう。
以下の特許請求の範囲における全てのミーンズプラスファンクション要素またはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、作用および均等物は、特定的に特許請求された他の特許請求された要素と組み合わせて機能を行うための任意の構造、材料または作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であること、または開示された形態をとる本開示に限定されることは意図していない。多くの修正および変更が、本開示の範囲および精神から逸脱することなく、当業者に明らかとなろう。上記の実施形態は、本開示の原理および実際的な適用を最もよく説明するために、ならびに、企図される特定の使用に適した様々な修正を伴う様々な実施形態について、本開示を他の当業者が理解することを可能にするために、選ばれ説明された。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
付加製造システムフォーマットになっている物体の意図する３次元（３Ｄ）モデルに基づき、付加製造システム（１００）を用いて物体（１０２）の部分（１８２）を形成することと、
断層撮影スキャナ（１９０）を用いて物体（１０２）の部分（１８２）をスキャンして、断層撮影スキャナ（１９０）フォーマットになっている物体（１０２）の部分（１８２）のスキャナモデル（１８０）を取得することと、
スキャナモデル（１８０）を断層撮影スキャナ（１９０）フォーマットから付加製造システム（１００）フォーマットへと変換して、変換された断層撮影モデル（１８０）を取得することと、
変換された断層撮影モデル（１８０）を意図する３Ｄモデル（１８０）と比較して、物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）を特定することと、
物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）に対処するように意図する３Ｄモデル（１８０）を補正する、物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を生成することと、
を含む方法。
［実施態様２］
物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）に基づき、付加製造システム（１００）を用いて物体（１０２）の部分（１８２）を形成することをさらに含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様３］
物体（１０２）の部分（１８２）が物体（１０２）の内部部分（１８２）を含み、変換された断層撮影モデル（１８０）が物体（１０２）の内部部分（１８２）のモデル（１８０）を含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様４］
断層撮影スキャナ（１９０）がコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様５］
スキャンすることが、スキャン中に、ＣＴスキャナまたは物体（１０２）の少なくとも一方を回転させることを含む、実施態様４記載の方法。
［実施態様６］
断層撮影スキャナ（１９０）が、フェーズドアレイ超音波検査スキャナ、渦電流スキャナ、座標測定機械、構造化光スキャナ、フォトグラメトリシステム（１００）、および放射線撮影システム（１００）からなる組から選択される、実施態様１記載の方法。
［実施態様７］
スキャナモデル（１８０）および変換された断層撮影モデル（１８０Ｍ）が、部分（１８２）の３次元モデルを含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様８］
付加製造システム（１００）フォーマットが、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）フォーマットおよび付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマットから成る組から選択される、実施態様１記載の方法。
［実施態様９］
物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）に対処するように意図する３Ｄモデル（１８０）を補正する、物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を前記生成することが、意図する３Ｄモデル（１８０）において、寸法、表面仕上げ、張り出しの品質、および特徴分解能のうちの少なくとも１つを修正することを含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様１０］
付加製造システムフォーマットになっている物体の意図する３次元（３Ｄ）モデルに基づき、付加製造システム（１００）を用いて物体（１０２）の部分（１８２）を形成することと、
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを用いて物体（１０２）の部分（１８２）をスキャンして、ＣＴスキャナフォーマットになっている物体（１０２）の部分（１８２）のＣＴモデル（１８０Ｃ）を取得することと、
前記ＣＴモデル（１８０Ｃ）をＣＴスキャナフォーマットから付加製造システム（１００）フォーマットへと変換して、変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）を取得することと、
変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）を意図する３Ｄモデル（１８０）と比較して、物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）を特定することと、
物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）に対処するように意図する３Ｄモデル（１８０）を補正する、物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を生成することと、
を含む方法。
［実施態様１１］
物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）に基づき、付加製造システム（１００）を用いて物体（１０２）の部分（１８２）を形成することをさらに含む、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１２］
物体（１０２）の部分（１８２）が物体（１０２）の内部部分（１８２）を含み、ＣＴモデル（１８０）が物体（１０２）の内部部分（１８２）のモデル（１８０）を含む、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１３］
スキャンすることが、スキャン中に、ＣＴスキャナのｘ線源または物体（１０２）の少なくとも一方を回転させることを含む、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１４］
ＣＴモデル（１８０Ｃ）および変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）が、部分（１８２）の３次元モデルを含む、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１５］
付加製造システム（１００）フォーマットが、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）フォーマットおよび付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマットから成る組から選択される、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１６］
物体（１０２）の部分（１８２）の欠陥（１８８）に対処するように意図する３Ｄモデル（１８０）を補正する、物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を前記生成することが、意図する３Ｄモデル（１８０）において、寸法、表面仕上げ、張り出しの品質、および特徴分解能のうちの少なくとも１つを修正することを含む、実施態様１０記載の方法。
１００ 付加製造システム
１０２ 物体
１０４ 制御システム
１０６ ＡＭプリンタ
１０８ コード
１１０ コンピュータ
１１１ モデル補正
１１２ メモリ
１１４ プロセッサ
１１６ 入力／出力Ｉ／Ｏインタフェース
１１８ バス
１２０ Ｉ／Ｏデバイス
１２２ 保存システム
１３０ 処理チャンバ
１３２ 金属粉末ベッド
１３４ レーザ
１３６ レーザ
１３８ レーザ光線
１４０ 適用装置
１４２ 原材料
１４４ チャンバ
１５０ ポンプ
１５２ 流量弁システム
１５４ 不活性ガス
１６０ 気体混合物
１７０ フィルタ
１８０ モデル
１８２ 部分
１８４ 冷却ピラー
１８６ 隣接するピラー
１８８ 熱的欠陥
１９０ 断層撮影スキャナ
１０２Ｃ 物体
１０２Ｍ 物体
１０８Ｏ コード
１０８Ｓ コンピュータ実行可能命令
１３８’ 仮想線のレーザ光線
１８０Ｃ モデル
１８０Ｍ 断層撮影モデル
１８２Ｃ 部分
１８２Ｍ 部分

Claims (11)

  1. 付加製造システムフォーマットの形態の物体（１０２）の所期の３次元（３Ｄ）モデル（１８０）に基づいて、付加製造システム（１００）を用いて前記物体（１０２）の部分（１８２）を形成するステップと、
    断層撮影スキャナ（１９０）を用いて前記物体（１０２）の前記部分（１８２）をスキャンして、断層撮影スキャナフォーマットの形態の前記物体（１０２）の前記部分（１８２）のスキャナモデル（１８０）を取得するステップと、
    前記スキャナモデル（１８０）を断層撮影スキャナフォーマットから付加製造システムフォーマットへと変換して、変換された断層撮影モデル（１８０）を取得するステップと、
    変換された断層撮影モデル（１８０）を所期の３Ｄモデル（１８０）と比較して、前記物体（１０２）の前記部分（１８２）の欠陥（１８８）を特定するステップと、
    前記物体（１０２）の前記部分（１８２）の前記欠陥（１８８）に対処するように所期の３Ｄモデル（１８０）を補正するための前記物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を生成するステップと
    を含む方法であって、
    前記物体（１０２）の前記部分（１８２）が前記物体（１０２）の内部部分を含んでいて、前記変換された断層撮影モデル（１８０）が前記物体（１０２）の前記内部部分のモデル（１８０）を含み、
    前記スキャナモデル（１８０）及び前記変換された断層撮影モデル（１８０Ｍ）が、前記部分（１８２）の３次元モデルを含む、方法。
  2. 前記物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）に基づいて、付加製造システム（１００）を用いて前記物体（１０２）の前記部分（１８２）を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記断層撮影スキャナ（１９０）がコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 前記スキャンするステップが、前記スキャン中に、前記ＣＴスキャナ又は前記物体（１０２）の少なくとも一方を回転させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記断層撮影スキャナ（１９０）が、フェーズドアレイ超音波検査スキャナ、渦電流スキャナ、座標測定機械、構造化光スキャナ、フォトグラメトリシステム（１００）及び放射線撮影システム（１００）からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記付加製造システムフォーマットが、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）フォーマット及び付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマットから成る組から選択される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記物体（１０２）の前記部分（１８２）の前記欠陥（１８８）に対処するように所期の３Ｄモデル（１８０）を補正するための前記物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を生成するステップが、所期の３Ｄモデル（１８０）において、寸法、表面仕上げ、張り出しの品質及び特徴分解能のうちの少なくとも１つを修正するステップを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 付加製造システムフォーマットの形態の物体（１０２）の所期の３次元（３Ｄ）モデル（１８０）に基づいて、付加製造システム（１００）を用いて前記物体（１０２）の部分（１８２）を形成するステップと、
    コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを用いて前記物体（１０２）の前記部分（１８２）をスキャンして、ＣＴスキャナフォーマットの形態の前記物体（１０２）の前記部分（１８２）のＣＴモデル（１８０Ｃ）を取得するステップと、
    前記ＣＴモデル（１８０Ｃ）を前記ＣＴスキャナフォーマットから前記付加製造システムフォーマットへと変換して、変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）を取得するステップと、
    前記変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）を所期の３Ｄモデル（１８０）と比較して、前記物体（１０２）の前記部分（１８２）の欠陥（１８８）を特定するステップと、
    前記物体（１０２）の前記部分（１８２）の前記欠陥（１８８）に対処するように所期の３Ｄモデル（１８０）を補正する、前記物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）を生成するステップと
    を含む方法であって、前記物体（１０２）の前記部分（１８２Ｃ）が前記物体（１０２）の内部部分を含み、前記ＣＴモデル（１８０Ｃ）が前記物体（１０２）の前記内部部分のモデル（１８０）を含み、
    前記ＣＴモデル（１８０Ｃ）及び前記変換されたＣＴモデル（１８０Ｃ）が、前記部分（１８２）の３次元モデルを含む、方法。
  9. 前記物体（１０２）の修正された３Ｄモデル（１８０）に基づいて、前記付加製造システム（１００）を用いて前記物体（１０２）の前記部分（１８２）を形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記スキャンするステップが、前記スキャン中に、前記ＣＴスキャナのｘ線源又は前記物体（１０２）の少なくとも一方を回転させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記付加製造システムフォーマットが、Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）フォーマット及び付加製造ファイル（ＡＭＦ）フォーマットから成る組から選択される、請求項８に記載の方法。
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