JP7186219B2 - 三次元物体を積層造形するための機械および方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本申請は以下番号に優先したものです。スロベニア特許申請番号：P-2017-00168（2017年6月13日提出）
［発明の分野］
本発明は 粉末材料を使用した三次元物（三次元印刷）の積層造形分野に属しています。特に本発明は質量のある粒子の運動エネルギーを使用して溶融される粉末材料を使用する三次元印刷分野に属しています。
［発明の背景］
Tadeja Muck（タデヤ・ムック）とIgor Kri▲z▼anovskij（イゴール・クリザノフスキー）による3D-Tiskという本（Zalo▲z▼ba Pasadena、2015年11月、ISBN：9789616661690）において、三次元印刷技術について詳細に記載されていて、以下の4つのグループに分割されています。(i)材料押出によって製造される物体における技術（ASTM－材料押出）、(ii)光源を使用し液体フォトポリマーの選択的凝固によって製造される物体における技術（ASTM－バット光重合、材料噴射）、(iii)バインダー材料又はいくつかの熱源を使用して粉末材料を溶融する事により使用される粉末材料における技術（ASTM－バインダー噴射、粉末床融合、直接エネルギー蓄積）、(iv)基本材料を板状に積層もしくは結合し、積み上げる事で製造される物体における技術 （ASTM－シート積層）。

上記に記載した物体の三次元添加剤製造の全ての技術は、一つの定義された方向（大体の場合は高さ方向、Z座標）の上にある一つの層を特定の順序により徐々に積み上げた二次元層や個々の層から成る製造によるものです。定義された最小の厚みを持つ個別の二次元層や平らな層が積み上げられ、高さZの一方向において特定の順序によって溶融、照らされ、もしくは繋がれます。

押出機の先端から押し出された材料によって製造される物体の三次元印刷の技術については、個々の物体層が点ごとに製造され、各点に個別の座標を有します。このような個別点の座標の印刷順序については、指定された層の押出機先端の数によって決定されます。このような三次元印刷方法は非常に時間がかかりますが、印刷機先端から指定の印刷点に材料が出る前に印刷機先端で材料を溶融する事によって、様々な材料を使用した製造が可能になります。

また光を使用し液体ポリマーを凝固させる事によって製造する物体の三次元印刷技術は、感光性ポリマーの二次元層の一連の製造にも基づいています。これらの技術においては、各連続層が以前の固化した層に追加され、その後追加された液体フォトポリマー層の表面が照射され、この方法によって凝固化されます。この三次元印刷の方法だと感光性ポリマーを使用して印刷物が製造されなければならない為、かなり材料選択に制限がかかってしまいます。

また粉末材料を結合又は積み上げて製造する物体における三次元印刷技術は、高さZ方向の層毎でそれぞれが個々、平面、二次元層の連続二次元層の製作に基づいています。
［技術的問題］
材料の薄い二次元層の積層を使用している現存の三次元印刷技術には、印刷解像度もしくは外物体の外観に関しての制限が存在します。物体の外部表面に正確な高解像度印刷を施す場合、材料の薄い層を正確に積み重ねる事が必要となります。印刷方向における物体の印刷解像度又は高さZでの個別層の厚さにより、追加材料層の厚みが決定されます。三次元積層造形の良く知られている技術では、十分なバインダー材料やエネルギー溶融もしくは凝固が存在していたとしても、より厚みのある層を作成する事ができません。滑らかな外面の物体を製造する場合、できるだけ薄い層の製造が必要になります。

この発明によって解決する事の出来る最大の問題は、材料の二次元層の連続積層による三次元物体の積層造形の問題です。つまり一つの主な印刷方向（三次元、主に高さZ方向）に層が積み重なり、その積み重なった層の厚みがその表面の外端を決定する事になります。この方法により、その層の厚さが製造された物体の外観に影響を与える事ができるのです。
［最先端技術］
局所溶融を使用した粉末材料から物体を積層造形する技術的問題が多数の文献に記録されています。いくつかの特許や特許申請にも記載されているようなエネルギーを使用した電子ビームで粉末材料を溶融する技術に以下焦点を当てる事とします。三次元物体積層造形用の機械と方法が記載された特許申請EP 2 918 396 A1においては、電子ビームの運動エネルギーを使用した粉末材料の局所溶融に基づいています。機械はビーム発生器とその制御器、レンズ、粉末材料をきちんと広げられる補助台を兼ね備えています。ビーム発生器は粉末材料の薄い個別の層の方向にビームを発生させ、その粉末材料の層表面にビームがきちんと当たるようにレンズが使用されます。また補助要素に配置された粉末材料の薄い層の上の何か所かに電子ビームが当たるようにします。制御器を使用し、選択的に脈動あるいは連続した電子ビームを保てるようにコントロールする事ができます。粉末材料と電子の衝突により、連続した電子ビームは局所的に材料を溶融します。製造される物体の層の上を移動するビームによって二次元層は形成され、材料の追加と高さZ方向での印刷順序における次の層の製作が繰り返されます。高さZ上での二次元層を徐々に積み重ねる事によって徐々に物体が作られ、個別層の中にはその層より小さな二次元域の溶融が行われます。

特許番号EP2937163 B1に記載された積層造形の方法は二つの個別の電子銃使用に基づいたものであり、一番目の電子銃は粉末材料の溶融に使用され、二番目は粉末材料の静電気を消す為に用いられています。二つの電子銃、真空室、粉末材料の薄い層が徐々に積み重なっている補助台、電子銃をコントロールする制御装置により、機械が構成されています。前述の特許において、粉末材料は薄く二次元層で補助台の上できちんと広げられています。一番目の電子銃は材料を溶融する為にセットされ、粉末床に垂直に配置されます。一番目の電子銃は、粉末材料を選択的に溶融する電子ビームを発生させます。二番目の電子銃は静電気を除去する為の二番目の電子ビームを発生させます。低エネルギーにセットされ、サンプルの表面に対し45度かそれ以下の角度に設定されるようにします。一番目の電子ビームを使用して行った溶融によって材料内に集まった、二次電子を除去する為に二番目の電子銃が使われます。層ごとの上部にある粉末材料の薄い二次元層の溶融と積み重なりによって作られる、三次元物体について前述の特許内で書かれています。粉末材料を溶融する目的において使用されるのは一番目の電子銃のみです。

特許申請WO2015/120168 A1において、光子や電子または粉末材料を溶融する事の出来るあらゆる粒子から構成される複数のエネルギービームを含む積層造形システムの電子銃について記載されています。粉末材料の層に二つのエネルギービームの焦点を合わせる為にレンズが使用されます。電子ビームのホットスポットは距離を置いて設定され、エネルギービームは管理された速度で一斉に移動し、基板上で好きな方向に向かえるように構築又は配置されます。一番目のエネルギービームは基盤からメルトプールを発生させ、二番目のエネルギービームによって溶融する敷居より低い温度でメルトプールを温める事ができます。これによってメルトプールの凝固率を管理する為に二番目のエネルギービームを使用する事ができます。電子銃の進行方向が反対の場合、二番目の電子銃をメルトプール発生用として使用し、一番目の電子銃をメルトプールの凝固率管理用の後加熱として使用します。この積層造形システムを使用する事によって、層ごとに三次元物体の製作を可能にします。粒子スプレッダーを使用し、テーブルの上に粉末材料をかけます。

特許申請US 2016/0031156 A1においては、材料を空間に押し出す為、空間の異なる場所に多数の印刷機先端を配置した機械について記載しています。空間上に作られた部品の機能操作の為、機械は磁気浮上もしくは音声浮上を使用します。磁気浮上により、物質が理想的な反磁性として振る舞い、超伝導状態に印刷されている物質の相転移温度以下で物体（部品）を冷却させ、磁場中の物質に対する磁力を高くします。音声浮上は物体の一部として多数の音源と共に成り、空間内の定常波もしくは三次元定常波様式を作る適切な音響反射器として作用します。機械は空間上に配置された多数の印刷機先端を使用します。標準印刷機先端を使用して材料適用場所を定め、最終印刷点に材料を適用します。複数の印刷機先端の組み合わせと印刷された物体に対する印刷機先端の空間方向の変更、または磁気あるいは音声浮上を使用し物体を回転させたり操作する事で物体が作成されます。物体の印刷は、磁気力又は音声力を使用させ物体を浮上させながら印刷機先端から押し出された材料の追加量に基づきます。前述の特許申請による機械は、同時に複数の印刷方向から物体を作り出すという方法ですが、印刷機先端を通す材料使用に制限があります。この機械は点毎の方法での物体製作を可能にします。

本開示による発明は、粉末材料を事前に定義された曲線状の融解容積で融解するために使用される質量と2つ以上の電子ビームあるいはその他粒子のビームを含む方法といった面で、特許申請US 2016/0031156 A1とは異なっています。特許申請US 2016/0031156 A1に記載されている発明は、印刷された物体あるいはその組み合わせ部品を支える為に磁気浮上と音声浮上を使用していますが、本開示による発明において印刷された物体は既に機械的に支えられるような方法とその為に必要な機械を使用しています。また磁気浮上に関しては、粉末材料を事前に定義された融解容積に移動させ塗布する為に使用しています。
［技術的問題］
粒子ビームを使用し積層造形物の製作を可能にする機械は、点・域・層ごとに物体を製作する事ができます。

粒子源を使用し材料を溶融する目的の現存特許や特許申請、その他資料の概要においては、2つ以上の粒子源から発生した質量を持つ2つ以上の粒子クラスターの計を使用し、定義済みの湾曲した3次元質量（以下溶融質量）の為に事前に決めた時間と決められた三次元的空間（以下質量）でその計を発生させるという、本開示で述べられているような技術的解決策を述べたものは今までに存在しなかった。上記に記載した全ての技術（粒子ビーム使用）は、他の層の上にある一つの薄く平面な二次元層を積み重ね溶融させる事によって三次元的物体の製作を可能にさせます。また個別層の中では、溶融は点毎に行われるか、個別層の表面の連続域の溶融により行われます。

本開示による発明は上記全ての技術と比較して、事前定義され湾曲した三次元融解質量と複数の粒子源から個別に発生した、2つ以上の粒子クラスターのエネルギー計を使用し溶融された粉末材料において異なります。つまり2つ以上の粒子クラスターが空間、時間上で重なり合うか、前記粒子クラスターを含むビームがそれぞれ重なり合う三次元的空間の体積部分においてのみ材料が溶融するという事です。

融解量において、2つ以上の粒子源から発生したエネルギーが合わされる事によって粉末材料の溶融に必要なエネルギーよりも高いエネルギーが発生します。電子（電子銃）を使用した例示的実施形態が示されていますが、衝突中に粒子の運動エネルギーを粉末材料に伝達することにより材料加熱に対して質量を持ったあらゆる粒子を使用する事ができるので、本発明は電子銃使用のみに限られたものではありません。各粒子源は複数の粒子クラスターを有するクラスター群を含むビームを放ちます。粒子源が1つまたは複数の質量で空間的に交差する事で発生するビーム内において、2つ以上の粒子源が空間的に配置されます。粒子ビームの交点は、所定の瞬間に1つまたは複数の湾曲した交点質量を形成します。磁気浮上、電気力、静電気力を使用し、粉末材料を粒子クラスターの空間交差点に移動させることができます。融解体積が交点体積内にあり、粒子クラスターがタイムリーに（適時に）空間的に重なり合っている場合にのみ、粉末材料がそのような三次元的空間において溶融するので、密度と利用可能な運動エネルギーは、粉末材料の融解に必要なエネルギー敷居値よりも高くなります。異なる空間的位置にある少なくとも2つの粒子源から発生する粒子クラスターの到着と粒子源の他のパラメータによって管理されるものの間に生じる時間差を事前に定義づける事によって、融解体積の形と位置が変わり、また融解された粉末材料の体積量と形も変更されます。

粒子ビームを使用し積層造形物の製作を可能にする機械は、点・域・層ごとの原理によって物体を製作する事ができます。本開示による発明は、事前に定義づけられ管理された方法によって、時間と空間内に重なる質量を持った個別の粒子クラスターを発生させる2つ以上の粒子源の使用と一方的な体積毎の方法において、三次元物体の積層造形を可能にします。本開示による発明の三次元物体の製作は、薄い二次元層の徐々な積み重ねや物体の外観を定義づけるような層の厚さのみによって制限されるものではありません。ここで記載されている発明は2つ以上の粒子ビームが複数の交点量を作るので、空間上の異なる位置にある複数の融解体積を同時に溶融する事が可能になる為、同時に印刷できる量によって制限されるものでもありません。本開示による発明は空間的に独立した印刷を行う事が可能であり、つまりは物体内に大量の印刷をする事ができるので印刷過程を短縮する事ができます。少ない量での印刷は印刷された物体の表面で行う事ができます。このようにして物体表面の高解像度印刷も可能になるので、物体の外観もより美しくなります。融解体積を拡げる事によって物体内部品の大量印刷を素早くする事も可能です。本発明による機械と方法は、粉末材料の適用に磁気力や静電気力が使われるという点でも上記のあらゆる機械や方法とも異なります。物体の印刷量の作成が発生する三次元的空間の事前定義された体積部分に粉末材料を移動もしくは塗布する事が可能になるので、本発明による方法と機械は第三方向Zにおける平らな二次元層の積み重ねに制限されるものでもありません。

以下「質量を持つ粒子」という言葉は「粒子」として省略する事とします。ここに記載されている発明は他の良く知られている発明とは異なるので、ここで使われている用語も真新しい用語になるかと思います。そこで以下に用語の定義について記載いたします。本発明の説明の為に使用される用語は、用語の明確な定義を目的として以下具体的に説明される事とします。

「体積」とは制限または外面を備えた特定の三次元的空間とします。

「湾曲した体積」とは、湾曲した外面を有する三次元的体積であり、その大きさは無限とします（つまり湾曲した体積自体は制限されていますが、製造中に様々な大きさにすることができるという事）。その為、湾曲した体積は特定の高さを有する二次元層でも恒久的に決められた大きさを有する小さな点でもないという事になります。「湾曲した体積」という単語は任意の大量の点を指す為に使用し、三次元的空間における任意の大きさの囲まれた曲面の内部分を指す事にします。

「印刷体積」とは印刷過程の全ての点が通る湾曲した体積であり、必要であれば機械化110あるいは114の多方向的サポートシステムを使用し前述対象部品1000の動きを必然化し、コンテナ101上のストッパ103を通って粉末材料102の出口から既に印刷された対象部品1000を放電するまでの過程となります。「印刷体積」という用語は、以下を象徴する為に使用されています。a)シュミレーター8で作成されたバーチャル印刷体積、もしくはb)物体3のような製造された実物の物体内の本物の印刷体積。（図14）、
「融解体積」とは少なくとも2つの粒子源11と12から成る運動量の密度における湾曲した体積が、本発明による方法と機械1を使用して製造される物体3のような物体製造に使用される粉末材料102の融解閾値を超えたものになります。

「交点体積」とは少なくとも2つの粒子源11と12から放たれる、最低2つのビームE1, E2における湾曲した体積が交わり、融解体積280が形成されたものを指します。

「または」という用語は別段の指示がない限り、代替を示す意味および両方の組み合わせの意味で使用されます。

「a」「an」「the」などの用語は、単一の実体のみを指すものではなく、具体例の説明に使用される一般的な表現として使用されます。本書の用語は本発明における特定の実施形態を説明するために使用されますが、それらの使用は特許申請の範囲で概説される場合を除き、本発明を制限するものではありません。
［図についての説明］
このように本発明を一般的な用語で説明しましたが、必ずしも縮尺通りに描かれていない添付図面も参照してください。

[図1]では、粒子クラスターの幾何学的軸の交点周辺に同時に現れ、特定の交点体積
を作成する粒子クラスターを放つ2つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。

[図2]では、交点体積の粒子密度の合計と形における一番目に発生した粒子クラスターと二番目の粒子源の間に生じる時間の遅れに対する影響を表しています。

[図3]では、パルスの持続時間を延長しダイバージェンス（発散角）を大きくする事で、交点体積の大きさにおいて発生する個別粒子クラスターの拡大影響を示しています。

[図4]では、粒子源のダイバージェンス変化と本例で挙げられている複数の小さな交点体積から組み合わされた交点体積における粒子源の幾何学軸間の角度変化の影響を表しています。

[図5]では、一方向に動き粒子クラスターの幾何学軸間の角度が180度である粒子クラスターを放つ、2つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。

[図6]では、対で配置された6つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。対で配置されているので、個別の対である粒子源内で発生した粒子が双方向に移動し、個別の対である粒子源の幾何学軸間の角度が180度になります。個別の対として配置されているので、前述の粒子源に対する全ての幾何学軸は一点で交差する事になります。

[図7]では、2つの粒子源、粉末材料の磁気浮上システムと静電気力システム、物体製造のサポートシステムを含む機械の例示実施形態を示しています。

[図8]では、2つの粒子源と粉末材料の磁気浮上システムを含み、その中で粒子源が配置されているので、巻線の幾何学軸と垂直にビーム線（beam ray）の軸が平面上にあるような機械の例示実施形態を示しています。

[図9]では、3つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、粒子源用の3つの独立した線形機械化を含む、三次元物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。

[図10]では、3つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、粒子源の1つの為の円形機械化を含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。

[図11]では、4つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、四面体の幾何学を表す機械の例示実施形態を示した粉末材料の投与システムを含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。

[図12]では、6つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、立方体の幾何学を表す機械の例示実施形態を示した粉末材料の投与システムを含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。

[図13]では、本発明による積層造形方法のフローチャート概略図を表しています。

[図14]では、本例においては球体と殻である一連の個別の印刷体積のような空間的分割と製造される模範的物体の断面の概略図を表しています。例のような空間的分割は、6つの粒子源を含む機械の例示実施形態を使用しながら行う事ができます。描かれた例においては、融解体積は球体もしくは殻のような形をしています。また後発印刷体積も描かれています。

[図15]では、主な印刷同時方向の模式図と一連の印刷体積に模範的物体を空間的分割した例を描いています。

[図16]では、2つの粒子ビームと静電気力システムを使用し一部印刷済の物体に粉末材料を追加する原理を表しています。
［発明についての詳細説明］
本発明におけるいくつかの実施形態について、下記図を交えながらより詳しく説明します。実際、本発明はあらゆる形式によって具現化する事ができ、ここで記述されている実施形態のみに限られたものだとは考えないようにしてください。また適用される法的要件をクリアする為にも以下のような実施形態を記述しています。

図1では、三次元物体を製造する目的で材料を溶融する為に電子である粒子を使用する例示実施形態における本発明による機械操作と方法の基本原理を表しています。図1では、本発明による機械の一部を表しています。一番目の粒子源11と二番目の粒子源12は両方とも電子を放っている為、本例における粒子源11と12は電子形成銃と考える事ができます。粒子源11は粒子ビームE1を粒子源11の幾何学軸13の方向に放っています。粒子源12は粒子ビームE2を粒子源12の幾何学軸14の方向に放っています。粒子源11は、半径r1を形成する為に磁気レンズシステム18、ダイバージェンスα、幾何学軸13方向に関するビームE₁の偏向が装備されています。粒子源12は、半径r₂を形成する為に磁気レンズシステム19、ダイバージェンスβ、幾何学軸14方向に関するビームE₂の偏向が装備されています。粒子源11の幾何学軸13と粒子源12の幾何学軸14はそれぞれに関してΩ₁の角度、交差点15で交わるように空間的に配置されています。粒子源11は機械が管理信号CTRL1を送信する制御装置CT1により管理され、粒子源12は機械が管理信号CTRL2を送信する制御装置CT2により管理されています。

粒子源11と12をコントロールする管理信号CTRL1と2は適時に同期されており、この例示実施形態では一番目の粒子源11から発生するクラスターと二番目の粒子源12から発生するクラスターの間には時間的遅れが生じていない事を示しています。粒子源11は粒子源11の脈動によって発生するクラスター群16を時間内に作っています。粒子源12は粒子源12の脈動によって発生するクラスター群17を時間内に作っています。クラスター群16の強度または時間単位（すなわちフラックス）での仮想面Sを通る粒子の数は、時間的に一定であるか時間とともに変化するものです。図1では、0値（j=0）から粒子の強度g₁と移動速度v₁によって定められた特定の任意値（j）まで、粒子のフラックスは時間とともに変化している例示実施形態を表しています。粒子のフラックスの変化は、定期的なものあるいは事前定義された時間依存性を持つものであります。この方法によって、事前定義された時間間隔で互いに従い合いながら、複数の個別粒子クラスターを含むクラスター群16と17にある粒子源11と12から、パルスまたは（言い換えるならば）クラスター群16と17が放出される事となります。クラスター群16内の個別の粒子クラスターは速度v₁、長さL₁で移動し、粒子無しの体積部の長さである距離D₁を保ち互いを追いかけます。クラスター群17内の個別の粒子クラスターは速度v₂、長さL₂で移動し、粒子無しの体積部の長さである距離D₂を保ち互いを追いかけます。クラスター群16内の個別粒子クラスターの長さL₁は、粒子源からの粒子放出時間と粒子移動速度v1によって定められます。クラスター群17内の個別粒子クラスターの長さL₂は、粒子源12からの粒子放出時間と粒子移動速度v₂によって定められます。粒子源11と12操作における全ての組付け部品とパラメータには、以下が含まれていますが、それに制限されたものではありません。脈動、長さL₁, L₂と距離D₁, D₂の作成。粒子源11と12における粒子加速電圧U₁, U₂の操作による粒子移動速度v₁, v₂の定義づけ。粒子フラックスj₁, j₂の定義づけ。ダイバージェンスα, βのコントロール、磁気レンズ18と19のシステムを使用したビームE₁, E₂の偏向。

さらに図1では、クラスター群16と17内にある粒子源11と12の幾何学軸13と14方向にクラスター群16と17を放出する、2つの粒子源11と12の瞬時的描写を表しています。それらはタイムリーに、かつ、空間的に相互に配置されているので、異なる粒子源11と12から放出される2つの事前定義されたクラスターは、幾何学軸13と14の交差点15に囲まれた体積部内で同時に重なるようになります。クラスター群16と17内を移動するクラスターが、具体的に事前定義された時間間隔、つまりビームE₁, E₂を組み合わせた粒子クラスターの密度g1, g2が重なり合った際、ビームE₁, E₂の交点体積28において粒子密度の合計gの作成を可能にしている事は明らかです。図1では、交点体積28にある粒子密度g₁, g₂の合計が最大値である場合の機械と方法の基本原理の例示実施形態を表しています。交点体積28における粒子の追加は時間内に続き、それらの間にある長さL₁, L₂と距離D₁, D₂を持つ一連の2つの粒子クラスターが重なる事によって繰り返されます。時間内に押し出される空間的に配置された粒子フラックスj=j₁+j₂の合計は、このような方法で作り出されます。クラスター群16の個別クラスターは速度ベクトル下記（１）式を表し、クラスター群17の個別クラスターは速度ベクトル下記（２）式を示します。その結果、交点体積28は速度ベクトル下記（１）式と下記（２）式の合計ベクトルと同等の速度ベクトル下記（１）式を示す事になります。この場合、前述の速度ベクトル下記（１）式と下記（２）式は同等の速度であり、クラスター群16と17の両方からの個別クラスターは、同じ粒子フラックス(j₁=j₂)を有していて、交点体積28作成の方向はビームE₁とE₂の間の対称線方向になります。

以下に記載されている図1では、機械1と粉末材料102（図7）を使用した印刷プロセス100（図13）について説明しています。その粉末材料を溶融してから加え、交点体積28にある空間的に配置された粒子密度g₁, g₂の合計gを引き起こしながら（図1参照）、粒子源11と12が粒子を放ち始めます。粒子源11と12より放たれた両方のビーム(g₁+g₂)の密度(g₁+g₂)の計gにより、電子クラスターの積み重なる時間間隔に融解体積280にある粉末材料を溶融する為に必要なだけのエネルギー閾値を交点体積28における運動エネルギー密度が上回るほど高くなります。粉末材料102を有する粒子源11と12から発生した粒子の衝突中、粒子は運動エネルギーを熱に変える事で粉末材料を溶融させ、融解体積280とされている交点体積28の一部に変える事ができます。

機械と方法の基本原理作業の例示実施形態は図で示している通りです。図2では、粒子源11から発生したクラスター群16と粒子源12から発生したクラスター群17の間に生じる時間差t_fの影響を表しています。図2では、それぞれが磁気レンズ18, 19システムを装備し、粒子源11と12の幾何学軸13と14の方向に正確な形の粒子ビームE₁, E₂を放つことのできる粒子源11と12が空間的に配置されている様子を表しています。粒子源11と12の幾何学軸13と14は交差点15で交わります。粒子源11は時間内に押し出され、その間の距離D₁と個別クラスター160、161、162、163、164を含む、粒子クラスター16を有する粒子ビームE₁を発します。粒子源12は時間内に押し出され、その間の距離D₂と個別クラスター170、171、172、173、174を含む、粒子クラスター17を有する粒子ビームE₂を発します。この例においては長さL₁は長さL₂と同等であり、粒子移動速度v₁もv₂と同等となります。粒子源12から発生したクラスター群17と比べ、粒子源11から放たれたクラスター群16には時間差が生じている為、粒子源12から発生した粒子クラスター170,171,172,173,174と比較して、個別クラスター160,161,162,163,164は時間遅れt_f（位相シフト）で交差点15に到着する事となります。やがてこの時間遅れt_fが空間オフセットΔDを引き起こします。クラスター群17に対するクラスター群16の時間遅れt_fは、粒子ビームE₁, E₂の交点体積における粒子密度の計gに大きく影響します。以下に示されている図2は、特定の時間で重なり合ったクラスター群16と17の瞬時的画像です。現在の交点体積がマークされています。

クラスター群16に関するクラスター群17の空間的オフセットは、時間遅れt_fを使用する事で達成でき、移動経路の差異を生む事が可能になります。それがビームE₁, E₂の交点体積の形と位置に影響を及ぼし、交差点15から外方向での空間的オフセットを交点体積28が引き起こす事ができるようになるのです。

また群16や17における160や170のような個別クラスターの間に生じる時間遅れとコントロールされたビームE₁, E₂のダイバージェンスα, βを使用する事で、交点体積28の移動方向は操作可能だと言われています。以下に示されている図1は、交点体積28における局所粒子最大密度gの移動方向と速度が、群16と17における個別クラスターの移動速度ベクトル下記（３）式の計と同等である事を示しています。

交点体積28の形や位置は、粒子源11と12の磁気レンズ18と19システムによって追加で操作する事も可能です。磁気レンズ18と19システムは、ビームE₁, E₂の偏向とダイバージェンスα, βをコントロールする為に使用する事ができます。本発明によると偏向は機械と方法の構成部分となっていますが、ビームE₁, E₂の偏向についてはその複雑さゆえ、どの図においても分割して表されてはいません。

図3においては、図1と図2で示されているよりも長く幅広な粒子源11と12から発生する、組み合わされた群16と17の個別粒子クラスターにおける、機械と方法の基本原理作業の例示実施形態を表しています。この例示実施形態では以下を考慮しています。群16の個別クラスターの長さL₃は、図1に示されている長さL₁よりも長い。ダイバージェンスα₁は図1で示されているダイバージェンスαよりも幅広い。ビームE₁の直径r₃（図3）は図1で示されている半径r₁よりも幅広い。 群17のクラスターの長さL4（図4）は図1で示されている長さL2よりも長い。ダイバージェンスβ₁は図1で示されているダイバージェンスβよりも幅広い。ビームE₂の直径r₄（図3）は図1(L₃>L₁, L₄>L₁, α ₁> α, β ₁> β, r₃>r₁ and r₄>r₂.)で示されている半径r₂よりも幅広い。

加速電圧U₁,U₂（図3）をコントロールする管理信号CTRL1とCTRL2を発し、粒子源11と12から発生したクラスター群16と17内の特定の長さLを持つ個別クラスターの放出を生み出すようになっています。図3において、管理信号CTRL1とCTRL2の押し出された一部分は、図1で示されている例示実施形態よりも長いパルスを使用しながら実行されなければなりません。 図1で示されているダイバージェンスα, βよりも図3の例で示されているダイバージェンスα, βが大きく、それを決定する為、ダイバージェンスα₁, β₁は管理信号CTRL1とCTRL2の他の定められた一部により管理されています。このようにして、この例示実施形態においてはクラスター群16と17の間には時間差t_fが生じない為、粒子クラスターの交点体積28は空間的に拡大しますが、それでも中心（交差点15と一致する中心点という意味）に留まります。

幾何学軸13と14の方向における交点体積28の長さは、加速電力U₁, U₂を管理したり長さL₁, L₂のクラスターを含む群16と17を発生させる際に、管理信号CTRL1とCTRL2の定められた一部において、個別パルス（パルスの頻度を下げながら）の時間の延長を使用する事で増幅させる事ができます。ダイバージェンスα, βの緩やかな増加を使用する事で、融解体積280を幾何学軸13と14に対して垂直方向にする事ができます。融解体積280は交点体積28の三次元体の一部であり、運動エネルギーが適用、材料融解の為にエネルギー閾値が必要とされ、そのエネルギーによって粉末材料102（図7）の溶融が引き起こされる体積部として定義されています。7）、交点体積28の全ての体積部が粉末材料102（図7）を溶融できる十分なエネルギー条件を満たせない可能性がある為、融解体積280と交点体積28は別記されています。しかし本発明の記述目的の為、交点体積28という用語は融解体積280を指す目的で使用される事にします。以下に示されている図3では、交点体積28と同じ大きさを有する融解体積280を表してます。長さLが大きくなった際、交点体積28内に適用される合計エネルギーである複数の粒子源11と12から発生したクラスター群16と17内の個別クラスターの長さは、同時期に増加されるものとします。融解体積280（指定域280）の大きさは、クラスター群16と17の個別クラスターの長さLを適切にしたり、粒子ビームE₁, E₂のダイバージェンスα, βを当てたりするような管理された方法によって正確に設定されます。コントロールユニットCT 1とCT 2を通す管理信号CTRL1とCTRL2の定められた部分によって管理される磁気レンズ18と19のシステムを使用し、粒子ビームE₁, E₂のダイバージェンスα, βが管理されます。管理信号の様々な部分から組み合わされる管理信号CTRL1とCTRL2は、時間関数として表される同期制御を個別に含み、印刷過程において好きな時間に粒子源11と12の全ての構成部分を管理する為に使用されます。管理信号CTRL1とCTRL2の一部には、粒子クラスター作成の為に使用されるダイバージェンスα, β、偏向、粒子ベクター速度上記式（１）、上記式（２）、粒子密度g₁, g₂、粒子加速電力U₁, U₂を管理する為の時間調整も含まれます。

どのように2つの粒子源11と12の幾何学軸13と14の間の角度Ω₁が、時間通りに交点体積28の移動方向や形の発達、形に影響を与えるのかについて、以下説明します。明確にする為、図4では、この例においては粒子源11と12の幾何学軸13と14の間の角度Ω₁がΩ₁ < 90度であり、共通の平面（図の平面）に配置された2つのパルス粒子源を含む、機械と方法の基本原理の例示実施形態を示しています。

図4では、両方の間にいかなる時間差t_fも生じていない同期されているクラスター群16と17を放つ2つの粒子源11と12を示しています。両方のビームE₁, E₂は磁気レンズ18と19のシステムを使用し、一定の量によって発散させられているので、交差点15周辺の体積部において大きくなります。図4を見ると分かるように、粒子ビームE₁, E₂の交点体積28は、この例だと45,46,47,48,49,410という連続した番号を持つ複数の小さな交点体積に分割されています。クラスター群16と17は速度ベクトル上記式（１）、上記式（２）と共に移動し、幾何学軸13と14の間の角度Ω₁が現在あるようなものなので、図4に示されている交点体積28とその小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410が 速度下記式（４）ベクトルを持ちながら、幾何学軸13と14の間の対称線方向に移動するのは明らかです。いつでも下記式（４）個別速度ベクトルの合計値上記式（１）であるベクトル方向に移動する、複数の小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410を上記式（２）達成する事は可能です。

少なくとも同じパルス頻度（長さL₁が長さL₂と同等であり、距離D₁が距離D₂と同等であるという意味）を有する2つの適切なパルス粒子ビームE₁, E₂間に生じる時間差t_fがある場合、小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410の速度ベクトル上記式（４）は、幾何学軸13と14間の対称線から外向きの任意の方向において変更する事ができます。また小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410の速度ベクトル上記式（４）の方向は、粒子源11と12から発生する粒子フラックスj₁とj₂を変更する事によって操作が可能です。

図4で示されている個別の小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410は、細長い平らな三軸楕円体の形を表しています。小さな構成交点体積48の最大長さAは、本例では角度Ω₁によって重なっている個別粒子クラスター160と170の長さL₁, L₂によって定められています。小さな構成交点体積48の最大幅Bは、角度Ω₁で2つの粒子源11と12から発生したビームE₁, E₂の横方向の重なりによって定められています。最大幅Bは特定の時間tに角度下Ω₁において重なり合う粒子クラスター160と170の最大半径r₁, r₂を定めるダイバージェンスα, βの量に依存し、このようにして前述の構成交点体積48が作られる事になります。楕円48のような高さや第三軸はここでは可視化されている訳ではなく、画像の深い部分に向けられており、また角度Ω₁、ダイバージェンスα, β、長さL₁, L₂によって決定されています。

合計交点体積28においてまとめられている個別の小さな構成交点体積45,46,47,48,49,410のような形は、図4でも示されているように、楕円に似たような形を有しており、粒子ビームE₁, E₂のダイバージェンスα, β、粒子源11と12の幾何学軸13と14間の角度Ω₁、 時間内tの粒子源11と12の加速電力U₁, U₂を通したパルスビームE₁, E₂を定める管理信号CTRL1とCTRL2のコントロールの形によって独自に定められています。また決められた長さL₁, L₂を有するクラスター群16と17の個別クラスター160と170を作ります。管理信号CTRL1とCTRL2の前述部分は、異なる時間機能の形（正弦波、方形波またはその他の形状）を表しています。図1, 2,3では、粒子源11と12のパルスを定める管理信号CTRL1とCTRL2の前述部における例示実施形態を表しています。また図4では正弦波を表していますが、こちらの図では時間機能の方形波の形を示しています。

図5で表されているように以下では例示実施形態を示します。図5では、配置されている2つの粒子源11と12から発生した2つのクラスター群16と17の瞬時画像を表しています。そのようにして互いの方向に同じ長さ(L₁=L₂)の個別クラスター160と170を放ち、粒子源11と12の幾何学軸13と14の間の角度は180度となります。クラスター群16と17は両者の間において同期していて、その間に時間差t_fはないので、粒子源11から発生したクラスター群16の個別粒子クラスター160と粒子源12から発生したクラスター群17の個別粒子クラスター170が交差点15周辺の体積部に到着する時間は同じだという事になります。距離20は粒子源11から交差点15までの距離を表していて、距離21は粒子源12から交差点15までの距離を表しています。もし距離20が距離21と同じではない場合、個別クラスター160と170の同期到着はv₁とv₂の移動速度間の差異、もしくは距離20と21間の差異により補われる適切な時間差が生じる事になります。このような例示実施形態は、以下図5に見られるように、重なり合う個別クラスター160と170が円筒の形を有している場合、長い間クラスターが重なり合い、交点体積28の形は円筒の形になっています。円筒の形をしている交点体積28のような長さは、交点体積28を作る個別クラスター160と170の長さL₁, L₂と同じように、交点体積28の最大長さがクラスターと重なり合う時間に変化していきます。個別クラスター160と170の断面は本例示実施形態においては円形です。その為、示されている交点体積28は半径r₁の円筒です。フラックス強度もしくはダイバージェンスの適切な変調を使用する事で、個別クラスター160と170があらゆる形になり得ります。クラスター160と170の円筒体積の代わりに、個別クラスター160と170が正弦波の半分として形成されるようになります。（図4で示されているように、あらゆる方法によって）更に明確にする為、交点体積28を示した図1-3と図5では、パルス中にダイバージェンスα, βを変化させずに方形波関数として形付けられたパルス用の管理信号の一部を使用しています。これによって粒子の高低密度の間の制限をより簡単に示す事ができます。しかしこの例だと正弦関数として形付けられたパルス用の管理信号の一部が使用され、正弦として形成され互いに移動している2つの粒子の交点体積28がタクトイドの形で回転的な対称物として形成されます。タクトイドのような物の断面は円形です。正弦関数が個別クラスター160と170よりもダイバージェンスα, βの変調にも同じ時間において使用された際、球形となるので複数のクラスターの交点体積28もまた球形となります。

図5を見ていただければ、交点体積28（図1-3）の場所が容易に想像できると思います。この場合、粒子源11と12から発生した個別クラスター160と170のある場所と交点体積28が重なり合う場所に時間差が生じます。もし粒子源11から発生したクラスター群16が粒子源12から発生したクラスター群17の前を移動している場合、また交差点15までの粒子源11の距離20が粒子源12の距離21と同等である場合、粒子群16と17は体積部において重なり合い、粒子源12により近くなります。クラスター群17の個別クラスター170が交差点15に未だ到達していない間に、クラスター群16の個別クラスター160が前の方を移動し、既に交差点15を通り過ぎます。交点体積28の位置は、2つの分かれた粒子源11と12から発生するクラスター群16と17の個別クラスター160と170の間に生じる事前に定められた時間差の使用によって決定されます。

図6では、空間的に配置され粒子源の3つの対を作ることのできる、6つの粒子源11,12,61,62,63,64を含む例示実施形態を示しています。粒子源が構成する各対は、それぞれの方向を向いており（向かい合っている状態）、以下のような対になっています。粒子源11と12を含む一番目の対、粒子源61と62を含む二番目の対、粒子源63と64を含む三番目の対。前述の粒子源はコントロールユニットCT 1, CT 2, CT 3, CT 4, CT 5, CT 6を通して、管理信号CTRL 1, CTRL 2, CTRL 3, CTRL 4, CTRL 5, CTRL 6によって管理されています。コントロールユニットCT 1, CT 2, CT 3, CT 4, CT 5, CT 6は、管理信号によって粒子源11,12,61,62,63,64を管理しているので、粒子の個別クラスターの長さL₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆、時間差t_f、ダイバージェンスα₁- α₆、加速電力U₁, U₂, U₃, U₄, U₅, U₆により定められるエネルギー、速度ベクトル下記式（５）、密度gのようなパラメータも管理しています。

以下に示されている図6では、互いに配置された粒子源の3つの対が描かれており、その粒子源の幾何学軸の全てが1つの交差点15で交わり、粒子源の対の幾何学軸は角度Ω₁, Ω₂, Ω₃で交わります。全ての粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64は、個別に磁気レンズ18,19, 69,70,71,72のシステムが装備されていて、互いに同期されています。また速度ベクトル方向において同時にクラスター群16, 17, 65, 66, 67, 68を発生させるので、粒子源の各対で他の粒子源に向かってクラスター群を放ちます。その為、粒子源11の一番目の対は粒子源12の反対方向に向かってクラスター群16を放ち、粒子源12は粒子源11の方へクラスター群17を放ちます。つまり互いの方向に移動するクラスター群16と17が引き起こされます。同じように粒子源61の二番目の対は粒子源62の方向に向かってクラスター群65を放ち、粒子源62は粒子源61の方へクラスター群66を放ちます。つまり互いの方向に移動するクラスター群65と66が引き起こされます。同じように粒子源63の三番目の対は粒子源63の方向に向かってクラスター群68を放ち、粒子源64は粒子源63の方へクラスター群67を放ちます。つまり互いの方向に移動するクラスター群67と68が引き起こされます。クラスター群16, 17, 65, 66, 67, 68 の事前に定められた粒子クラスターは、全ての6つの粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64から等しく分離されている交差点15周辺の体積部に同時に到着します。図6に示されている例示実施形態においては、粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64から発生するビームダイバージェンスは等しく、またダイバージェンスが異なる場合もあります。また偏向が異なる場合もあり、粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64から発生する様々なビームの一つである偏向は、磁気レンズ18, 19, 69, 70, 71, 72のシステムにより引き起こされます。

例示実施形態において正確に形成された管理信号が使用されている場合、全てのクラスター群16, 17, 65, 66, 67, 68の交点体積28は直径2Rを持つ球体であり、交差点15の中心にあるものとします。交点体積28の直径2Rはダイバージェンスα₁- α₆と粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64から発生する個別のビームパルスの形と管理信号CTRL 1-6の一部操作によって変更する事ができます。図6に示されている例示実施形態においては、前述のビームを脈動させる為に方形波が使用され、球体に似た球体と立方体の間の辺りに交点体積28が形成されています。

更に以下に示されている例示実施形態の図6においては、交差点15から外の全ての速度ベクトル上記式（５） の方向の交点体積28の空間対称性が明確に描かれています。

また作業における機械と方法の基本原理の例示実施形態は、複数の粒子源の幾何学軸内で可能となります。例えば粒子源11, 12, 61, 62, 63, 64は空間内の複数の交差点において交わります。また作業における機械と方法の基本原理の例示実施形態は、11, 12, 61, 62, 63, 64のような複数の粒子源の幾何学軸内Ωで様々な角度において交わり、印刷過程において変更も可能です。
［実施形態についての説明］
以下は図7,8,9,10,11,12に基づき、三次元物体の積層造形向け機械の例示実施形態について詳細に表したものになります。
[図7]では、2つの粒子源11と12を含む三次元物体の積層造形向け機械の例示実施形態
を示しています。幾何学軸13と14は交差点15で交わります。この機会は2つの巻線105と106によって装備されていて、それぞれが磁場Bの作成に使用される電流Iを有しています。巻線105と106は、共通の幾何学軸107を有しています。巻線105と106はそれぞれ管理信号CTRL B1, CTRL B2によって管理されているコントロールユニットCT B1, CT B2に接続されています。印刷空間機械2においては、時変および空間的に不均一な磁場Bは巻線105,106を使用する事で成す事ができるので、粉末材料102の移動と磁気浮上は、物体3のような事前に定義された三次元物体を製造する為に使用される印刷過程100（図13）の間、粉末材料102が溶融する交点体積28内の事前に定められた場所で磁力を使用する事によって達成されます。機械1の印刷空間2は、機械1の中でも一番大きなエリアであり、粉末材料102を移動させ溶融する事ができます。また製造を可能にする真空室116内の全ての空間をマークする事も可能です。

管理信号CTRL1とCTRL2によって管理されるコントロールユニットCT 1とCT 2は、粒子源11と12から放たれるビームE₁, E₂のパラメータを管理する為に使用されます。コントロールユニットCT B1を通した管理信号CTRL B1とコントロールユニットCT B2を通した管理信号CTRL B2は、印刷過程100（図13）の間、巻線105,106を通して電流I経路の方向と振幅を定めます。それには粉末材料102を融解体積280（図3）に移動させる目的があります。巻線105,106を通して電流I経路の位相もしくは振幅を変調、あるいは方向を変更させることで、粉末材料102を交点体積28内の希望の場所へと移動させる事の出来る適切な磁場Bを成り立たせる事ができます。

印刷過程100（図100）の間、物体3（図14）のような三次元物体の製造に使用される粉末材料102は、印刷過程100の前にはコンテナ101（図7）に保管されています。粉末材料102（図7）の投与は、コンテナ101の出口にあるストッパー 103によって管理されています。印刷過程100（図13）の間、ストッパー 103の開閉は、コントロールユニットCT C1を介した管理信号CTRL C1によって管理されます。その為、粉末材料102を事前に定められた量に従って投与する事ができます。磁場Bを成す巻線105,106は、真空室116の外あるいは内側に配置されます。1000（図16）のような印刷済の物体部分のサポートについては、融点が非常に高い材料、もしくは例示物体3（図14）のような物体製造に使用される粉末材料102（図7）の融点よりもかなり高い融点を有する材料を使用して作られた中空円筒もしくはサポート棒109を使用しながら行われます。導電針115はサポート棒109の中心に配置し、針の片側は交差点15（図7）まで到達するようにします。また導電針115の反対側は、コントロールユニットCT F1を介して管理信号CTRL F1で操作する事のできるスイッチ111,112,113に接続します。過度除去の間、スイッチ111は伝導針115と接地し粒子を充電し、スイッチ112は粒子源11と12の電位よりも高い電位W₁(+)に伝導針115を接続し、スイッチ113は粒子源11と12の電位よりも低い電位W₂ (-)に伝導針を接続します。伝導針115と粒子源11と12は、真空もしくは真空室116内の真空状態に近いような環境で接続される完全な電気回路を作成するので、物体の表面に蓄積され伝導針115にその電荷を移動させることのできる粒子のマイナス及びプラス電荷を伝導針115を使用する事で取り除く事ができます。サポート棒109の中心に配置された伝導針115は、粉末材料を追加している間、図16で示されている印刷済の物体部分1000のような物体の表面へ電子的に接続する事ができます。印刷過程100（図13）の間、印刷済の物体部分1000のような物体が拡大する場合、あるいは必要である場合、外側サポート棒109の機械化114（図17）が印刷済の物体部分1000のようなものから取り除き、そうする事でサポート棒109が機械的に印刷済の物体部分1000（図16）を支えられるようにします。図7で示されている機械化114は管理信号CTRL D1とコントロールユニットCT D1によって管理されています。印刷済の物体部分1000（図16）のような多方向機械化サポートシステム110はサポート棒109（図7）、伝導針115、また印刷済の物体部分110（図16）の移動を可能にさせ、粒子源11と12（図7）に関連する空間的位置の変更を印刷過程100（図13）の間、可能にさせます。図16で示されている印刷済の物体部分1000は印刷過程100（図13）の間、拡大していき、機械印刷空間2内の特定のエリアを作っていきます。

それはビームE₁, E₂をもっても到達させる事が難しく、ビームE₁, E₂によって作られた影の中に配置され、印刷済の物体部分1000（図16）の後ろ側にあります。図7で示されている多方向機械化サポートシステム110は、印刷済の物体1000、伝導針115、サポート棒109の移動を可能にさせる事で、印刷済の物体の影の面積を最小にする事ができます。印刷済の物体部分1000のような印刷済の物体部分の影内の到達できないエリアの問題については、希望する連続的印刷体積とあらゆる方向における印刷体積の製造を可能にする多方向機械化サポートシステム110（図7）によって解決する事ができます。また多方向機械化サポートシステム110は、図16で示されているような印刷済の物体部分1000をサポート棒109の軸周りで回転させる事が可能です。
[図8]では、2つの粒子11と12又は2つの巻線105,106を含む三次元物体の積層造形の為
の機械1の例示実施形態を表しています。粒子源11と12の幾何学軸13と14は、2つの巻線105,106の共通幾何学軸107に対して垂直になっています。その為、機械1（図7）の構成部分の幾何学軸13,14,107は、図7-図12で表されているような機械1の異なる例示実施形態における相互依存無しに空間的に独立して配置されるようになります。
[図9]では、3つの粒子源11,12,61（図9）、2つの巻線105,106、粒子源11,12,61の3つ
の独立した線形機械化を含む、機械1（図7）の例示実施形態を表しています。粒子源11,12,61の独立した線形機械化117は、中心から外側へ水平の印刷方向に追加する形で上下方向にも印刷を可能にさせます。コントロールユニットCT Hを介し、管理信号CTRL Hが線形機械化117を管理します。

粉末材料102はストッパー103を通し管理されているコンテナ101に保管されています。細かく分散された粉末材料102は、巻線105,106によって作られた時変で空間的に不均一な磁場Bを使用し、ビームE₁, E₂, E₃の交点体積28の希望する場所に移動させられます。粒子ビームE₁, E₂, E₃のダイバージェンスを拡大させる事によって、広く発散させられたビームE₁, E₂, E₃の重なり合う箇所の先端において、粒子源11,12,61（図9）の幾何学軸の交差点15から離れたところに粉末材料102が溶融されます。もし発散させられた粒子ビームが材料を溶融するのに弱すぎた場合、溶融時間が長くなるか、交差点15から離れた部分にビームE₁, E₂, E₃を方向づける為の磁気レンズシステム内のデフレクターが使用されます。印刷過程100（図13）の前に管理信号CTRLを発生させる間、本原理が考慮されます。このようにして、交差点15から離れているビームE₁, E₂, E₃の交差部における事前に定められた時間間隔の間、粉末 材料102（図9）の融解に必要な粒子の運動エネルギー量を集める事ができます。
[図10]では、3つの粒子源11,12,61（図9）、2つの巻線105,106、円形機械化118を含
む、機械1（図7）の例示実施形態を表しています。円形機械化118は、2つの粒子源12,61の軸に垂直な平面において、2つの粒子源12,61に関する一番目の粒子源11の回転を可能にさせます。機械1（図7）の例示実施形態は粒子源の1つの軸において可能であり、例えば粒子源11（図10）は他の粒子源に関して回転させる事ができ、印刷過程100（図13）の間、粒子源12と16にとっても同様です、円形機械化118はコントロールユニットCT Gを介した管理信号CTRL Gによって管理されています。
[図11]では、4つの粒子源11,12,61,62、4つの巻線105,106,205,206を含む、機械1の例示実施形態を表しています。機械1は四面体の対称性を有し、四面体の三重軸方向で個別の粒子源11,12,61,62の幾何学軸は方向づけ、四面体の中心部の共通交差点15で交わります。機械1には粉末材料102の移動を融解体積に引き起こす時変および空間的に不均一な磁場Bを作成する為の4つの巻線105,106,205,206を含みます。前述の通り、ストッパー103を有するコンテナ101に記載された例示実施形態と同じような方法によって、粉末材料102が投与・保管されます。物体3（図14）のような物体は、交差点15（図12）周辺部のビームが組み合わされているクラスターの最初の重なり合いによって徐々に製造され、伝導針115（図7）については物体の製造が始まる印刷過程100の位置、多方向機械化サポートシステム110の上部に配置されます。

以下、本発明による三次元物体の積層造形方法について物体3の製造を例にとりながら説明します。以下、本発明による三次元物体の積層造形の全ての工程については、主に2つの工程に分割し、概略的に印刷準備5である図13と印刷過程100に表します。始めに、印刷用準備と名づけられたメインプロセスについて詳細に説明します。

三次元物体積層造形技術の大部分は、製造される3D物体のデジタルファイルの準備が必要になります。三次元物体のような形の記録が含まれているデジタルファイルは、現在ではステレオリソグラフィー（省略形.stl）、物体ファイル（省略形.obj）というような複数のフォーマットとして知られていて、CAD（コンピュータ支援設計）ソフトウェアを使用して作成されます。このような種類の三次元物体のデジタルファイルには、外層もしくは形の記述が含まれていて、3D印刷機が読み取る事のできる管理ファイルを作成するソフトウェアを使用し製造準備をします。その為、3D印刷機で変換できるようにプログラミング言語によって書かれています。またGコードのような幅広く使用されている管理ファイルフォーマットは、標準国内3D印刷機用に使用される事が多く、数値制御（数値制御プログラミング言語）を使用したプログラミング言語によって書かれます。

本発明によると印刷準備5と名づけられた過程においては、機械1の全てのコントロールユニットCT 1-CT Hを管理する管理信号CTRL 1-CTRL H（図7,8,9）の同期された全ての時間関数の記録を含む管理ファイル10が作られ、印刷過程100（図13）の間に機械1の全ての作業が行われます。機械を使用した印刷過程100を実行する為、本発明によると機械1（例7）は、まず管理ファイル10（図13）を印刷準備5において作成します。そのGコードに変換できる管理ファイル10は、本発明による機械1を使用した印刷過程100においてGコードとは大幅に異なり、湾曲した三次元印刷体積において実行されます。本発明による方法と機械は今までに知られているような全ての機械と方法とは異なり、特に個別の印刷体積が薄い平面ではなく二次元的でも 層でもないという事があります。

三次元物体の外側表面もしくは形の記録を含む三次元物体4のデジタルファイル4について、まず読み取りが行われ、本発明によると機械1の構成部分である印刷準備5用にシステム内にインポートされます。その後、印刷準備5用に印刷仕様6と機械仕様7がシステム内に定められます。印刷仕様6には、印刷過程100（図13）に影響を与える全ての情報が含まれています。例えば粉末材料（102）における情報、印刷物の所定の充満度（物体は100％の充満状態か内部が全て充満されていない三次元構造のどちらかになります）、外側の物体壁の所定の厚さ、外側印刷解像度、印刷方向、印刷開始点151（図14）、その他必要な情報を意味します。印刷仕様7には、機械1の個別例示実施形態と印刷過程100（図13）の間の違いにおいて重要となる機械1の全てのパラメータが含まれています。機械仕様7には以下のような情報が含まれています。粒子源の数n_e、交差点15までの距離20,21（図5）を含む粒子源の相互空間配置、粒子源の幾何学軸の間の角度Ω、磁気浮上目的での電子巻線n_bと交差点15までの距離を含めた巻線の相互空間配置、それぞれの幾何学軸間の角度、粉末材料102を含むコンテナ101（図7）のサイズ、粒子源機械化117,118（図9,10）のパラメータ操作、多方向機械化サポートシステム110（図7）、製造物を支えるサポート棒機械114。

次の工程では、三次元物体、印刷仕様6、機械仕様7の前述のデジタルファイル4（図13）が三次元物体のデジタルファイル4の空間的分割50が行われる印刷過程のシュミレーター8にインポートされ、機械1の例示実施形態による印刷過程100のシミュレーションを使用しながら実行されます。

シュミレーター8（図13）の三次元物体のデジタルファイル4（図13）は空間的に配置されているので、印刷の開始点151（図14）がデジタルファイル内に埋め込まれた三次元物体内に配置されます。機械1のシュミレーター8の座標系において、印刷の開始点151（図14）は印刷過程100（図13）を実行する機械1（図7-12）の実際の空間内の交差点15と同じです。 機械1の個別例示実施形態の少なくとも2つの粒子源11,12の最低2つの幾何学軸13, 14が交わる図7-12で示されているような点を指しています。幾何学軸の複数の交差点15を
可能にするような機械1の例示実施形態を使用する場合、例えば図図9-12に示されているような場合、シュミレーター8（図13）内の座標系における印刷の開始点は、その複数の中の交差点の1つの中に配置される事になります。

次の工程における個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）のシーケンス51は、印刷過程をシュミレーションしながらシュミレーター8内の空間的分割50と共に発生します。個別の印刷体積のZ番号を含む印刷体積1, 2, 3..Zのシーケンス51を指します。図13と14で示されている個別の印刷体積は、個別の印刷体積152, 153, 154...2000です。機械1（図7-12）、三次元物体3（図14）を使用する印刷過程100の前述した例では、シーケンス51の連続した個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）の製造によって徐々に作られていきます。三次元物体のデジタルファイル4の空間的分割50を個別の印刷体積1, 2, 3...Zシーケンス51に分割する間、シュミレーター8は各印刷体積1, 2, 3...Zを最大化させるので、その個別の印刷体積1, 2, 3...Zは、特定の時間において機械1によって融解され得る粉末材料102（図7）の量と融解エネルギー量によってのみ制限される事となります。交点体積28（図3）とその融解体積280は、本記述内で使用されている物体3（図14）の内側で大きく拡大するので、印刷過程100は仕上げの外観（表面の印刷解像度）に影響を与える事なく、物体3の内側の印刷体積の製造を可能にさせます。

シュミレーター8では、機械1（図7-12）のような機械の例示実施形態もしくは印刷過程100（図13）の工程に従って、シーケンス51内の各印刷体積1, 2, 3...Zが適切に特定の交点体積28もしくは複数の粒子源11,12の融解体積280と同等に調整されます。機械1を使用する事で多方向また同時に小さな複数の構成要素である交点体積45, 46, 47, 48, 49, 410において材料を溶融させる為、個別の印刷体積1, 2, 3..Zは、複数の交点体積28（図4）を使用し組み合わされながら製造されます。

個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）の製造シュミレーションを使用し、シュミレーター8は各個別の印刷体積1, 2, 3...Z の為に必要な粒子源数を定め、又、ダイバージェンス、偏向、脈動、その他全て必要な粒子源パラメータを調整します。このようにして印刷過程100（図13）の間、160,170（図2）のような粒子クラスターが形成され、このようなクラスター160, 170は特定の時間間隔において印刷体積1, 2, 3...Z の材料融解に必要となってきます。その為、シュミレーター8は連続して個別の印刷体積1, 2, 3...Zの印刷過程100の為の機械1における全ての必要なパラメータを定めるようになります。シュミレーター8（図13）においては、機械1のパラメータにおいて個別の印刷体積1, 2, 3...Zの為に必要な工程がそれぞれ繰り返されます。そのようにして印刷体積1, 2, 3...Zのシーケンス51は作られ、全ての必要な管理信号CTRL 1-CTRL Hが印刷過程100を使用する物体3（図14）のような物体を製造する為に生成されます。印刷体積1, 2, 3...Zのシーケンス51（図13）を発生させながら、シュミレーター8は印刷済の物体部分1000（図16）によって作られた影の体積部について、印刷過程100（図13）の間、考慮する事にします。個別の印刷体積1, 2, 3...Zのシーケンス51を発生させながら、印刷高解像度を使用しながら物体の表面を製造し、物体の内部に関しては低解像度を使用しながら製造するようにする事が可能です。図14で表されている物体3のような物体の表面では、小さな印刷体積であれば高解像度を使用する事ができ、大きな印刷体積については内側に製造する事ができます。

シュミレーションを使用して獲得された印刷体積1, 2, 3...Zのシーケンス51に基づく発生器9において、管理信号CTRL 1-CTRL H（図7-10）のような必要とされる全ての管理信号を含み、この例において後に物体3（図14）のような物体の印刷過程100（図13）を使用し、機械1（図6,12）のコントロールユニットCT 1-CT Hを操作する管理ファイル10が作られます。前述の管理ファイル10（図13）は、異なる時間関数の記録であり、機械1と印刷過程100（図13）の間にコントロールユニットCT 1-CT Hを操作する同期した管理信号CTRL
1-CTRL H（図7-10）を含んでいます。最終の管理ファイル10（図13）を発生させている間、材料の融解点と使用されている機械1の例示実施形態の能力によって、全ての管理信号CTRL 1-CTRL Hの長さが定められます。

発生器9においては、あらゆる全ての管理信号の同期と作成が為され、例のコンテナ上のストッパー103を管理している管理信号CTRL C1（図7）とアクチュエータ104、伝導針115のアース接続を高電圧W₁もしくは低電圧W₂で管理している管理信号CTRL F1、サポート棒109の機械化114を管理している管理信号CTRL D1、多方向機械化サポートシステム110を管理している管理信号CTRL E1、線形機械化117を管理している管理信号CTRL H（図9）、円形機械化118を管理している管理信号（図10）と他の管理信号を必要とするものを指します。印刷準備5（図13）の工程が完了した際、図7-12の機械1の例示実施形態の1つで使用されている印刷過程100の実行のために管理ファイル10が使用されます。

以下、印刷過程100（図13）の詳細説明をします。図14で示されている三次元物体3の製造を例にとる事にします。また図6や図12で表されているような6つの粒子源(n_e=6)と6つの巻線(n_b=6)を含む機械1の例示実施形態を使用します。前述例では、実際の三次元物体3（図14）は機械1を使用する印刷過程100（図13）を使用し製造され、物体3（図14）は印刷準備5において定められたデジタルファイル4（図13）の1つであるものとし、猫の形をした例とします。

図14では、シュミレーター8における三次元物体4（図13）のデジタルファイルの空間的分割50の例 である断面を表しています。また同時に個別の印刷体積1, 2, 3...Zのシーケンス51を表し、実際の空間では印刷過程100（図13）の間の物体3（図14）の進歩的な製造になっています。

印刷準備5（図13）においては、三次元物体のデジタルファイル4を有する形は機械1（図12）のシュミレーター8の座標系に配置されているので、実際の空間における球体の形を有する印刷体積1 152（図14）は印刷過程100の間に製造される事になります。印刷体積1 152の中心は印刷の開始点151であり、また粒子源11,12,61,62,63,64の幾何学軸の交差点15と同じ点であり、図12で示されているような機械1の例示実施形態で使われているものと同様です。伝導針115の末端は印刷の開始点151（図14）にまで到達します。図6と図12で示されている機械1の例示実施形態で表しているように、定められた管理信号CTL 1-CTRL Hの使用は交点体積28を直径2Rの球体のような形にさせ、6つの全ての粒子源11,12,61, 62,63,64の交点体積28となります。作られた球体の直径2Rは、ビームのダイバージェンスα₁- α₆とクラスター群16,17,65,66,67,68内の個別の粒子クラスターの長さL₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆を個別に管理する事で任意に変更させる事ができます。

以下、まずは印刷準備5における空間的分割50をシーケンス51内で発生させる個別の印刷体積1,2,3...Zを製造する為の印刷過程100（図13）について詳細に説明します。説明は物体3の製造を例にとって進める事とします。j本例示実施形態では球体の形をした印刷体積1 152を製造する印刷過程100の最初の工程内では、管理信号CTRL C1によって管理され、粉末材料102を保管しているコンテナ101上で開かれるストッパー103の定められた時間内に、粉末材料102（図7）が機械1の印刷空間2に追加されます。粉末材料102の管理された量は、このようにして機械1の印刷空間2に追加される事となります。印刷過程100（図13）のこの工程では、伝導針115（図7）が適切な場所に配置され、それが印刷の開始点151（図14）まで到達する事を確認します。必要であれば、伝導針115（図7）の移動とサポート棒109については多方向機械化サポートシステム110を使用して行う事もできます。必要であれば、コントロールユニットC1を介してCTRL C1によって管理されている、管理信号粉末材料102用の機械化アクチュエータ104（図7）はスイッチをオンにし、ストッパー103によって管理されている出口を通る印刷空間2を通っている間、粉末材料102がくっついていないかを確認してください。粉末材料102を印刷空間2に放つ為のストッパー103が閉められ、コントロールユニットCT B1-B6を介して管理信号CTRL B1-B6によって管理されている巻線105, 106, 205, 206, 207, 208と磁場Bを生産するシステムは、既往する融解体積に粉末材料102を運ぶ事ができます。（磁場Bが始まっているという意味）印刷過程100（図13）のこの工程では、細かく分散された粉末材料102（図7）は磁力を使用し、印刷の開始点151（図14）のエリア周辺の印刷体積1 152へ運ばれます。伝導針115（図7）は、既に印刷開始点151（図14）に配置され、印刷開始点151の周りにある球形の最初の印刷体積1 152が製造されます。粉末材料102（図7）が印刷開始点151の周りの定められた印刷体積1 152内に配置された場合、粒子源11,12,61,62,63,64（図12）は起動され（粒子クラスターが開始されるという意味）、巻線105,106,205,206,207,208がオフ（電場Bがゼロ値に設定されるという意味）にされます。この場合、磁場Bは印刷開始点151周辺の粒子源11,12,61,62,63,64から粒子移動に干渉される事はなく、粒子源11,12,61,62,63,64（図12）から印刷開始点151（図14）までの粒子移動に時間t_eが必要とされます。粒子源11,12,61,62,63, 64が起動されたt_e後、直ちに磁場Bはゼロ値に設定されるので、粒子源は印刷体積1 152（
図14）内もしくはその近くに到着する事になります。

クラスター群16,17,65,66,67,68（図6,12）内の事前に定められた粒子クラスターは、同時に交点体積28（図6）でもあり、粒子源11,12,61,62,63,64（図6,12）の幾何学軸の交差点15周りの印刷体積1 152（図14）内で同期的に積み重なります。

複数の粒子源11,12,61,62,63,64から粒子が放出される際、個別に定められた速度ベクトル上記式（５）を有した粒子が交点体積28に到着し、粉末材料を融解する為に必要な閾値を超える粒子の運動エネルギーの高密度を有する交点体積28内で溶融する粉末材料102を引き起こす粒子の運動エネルギーの高密度内で融解体積280が作成されます。粉末材料102は融解体積280内で溶解し、図16で示されているように融解した粉末材料102が生成されます。

粉末材料を有する粒子衝突（弾性または非弾性）の間、総線形および角度運動量が保存されます。粒子源と粉末材料から放たれる粒子間の非弾性衝突の場合、粒子の全体の動力は粉末材料へ転送されるので、全体の動力 の保存のために融解された粉末材料1020は使用される押力によって使用され、粒子間の衝突後、特定の速度で粉末材料を移動させる事ができます。動力保存によって粒子源から放たれた粒子によって生み出された押力は、効率的に融解された粉末材料1020を印刷済の物体部分1000上の希望の最終場所に導く事ができます。

16,17,65,66,67,68（図6）のような全てのクラスター群から個別の同期された粒子クラスターを伴い、粒子動力の転送を製造された物体の印刷済の物体部分1000上の融解された粉末材料1020（図16）の最終塗布箇所に方向づける事ができます。 製造された球の形である最初の印刷体積1 152（図14）における前述の例では、融解された材料滴1020は伝導針115上に塗布されます。衝突中の融解された粉末材料1020上の粒子の動力移動に加え、粒子と印刷済物体部分1000の間、もしくは最初の印刷体積1製造の場合は粒子と伝導針115（図16）の間に生じる電力が使用されます。電子的に印刷済物体部分1000を伝導針115と接続する為のスイッチ112を使用して行われるか、伝導針115（図16）を外側の電圧源から高電圧W₁に接続する製造の最初の過程中に行われます。外からくる電圧W₁が低い場合もあります。先程説明したパルスを管理する管理信号CTRL 1-6（図6）の生成と事前定義過程において、始めに管理信号の部分で粉末材料の目的を定め生成し、その後融解された粉末材料1020（図16）を希望する最終部分に塗布する目的で追加信号を使用しなければなりません。

印刷過程1000（図13）の工程では、印刷済物体部分1000に融解された粉末材料1020を塗布し、粒子源11,12,61,62,63,64をオフ（粒子放出を停止するという意味）にし、アーススイッチ111をオン（接続がされるという意味）にする事で、印刷済の物体部分1000の表面もしくは内部から過剰な粒子を取り除く事ができます。伝導針115（図16）の周りにあるサポート棒109は、常に印刷済物体部分1000まで到達していなければならず、このようにして追加で機械的サポートを提供する事が可能になります。印刷過程100（図13）の前述工程の後、融解された粉末材料1020は冷却され固まり、サポート棒109（図16）によって支えられ伝導針115をその中に有したソリッドボールが形成されます。物体3の印刷過程100（図13）の間、伝導針115が印刷済の物体部分1000（図14）の一部となり、幅広いサポート棒109（図16）は、印刷済の物体部分1000（図16）から徐々に遠ざかります。それは伝導針115は常に印刷済の物体部分1000の表面に接していなければならず、印刷済の物体部分1000をサポート棒109で機械的にサポートしなければならないからです。必要であれば、印刷過程1000（図13）の工程において印刷済の物体部分1000（図16）は多方向機械化サポートシステム110（図7）を使用しシーケンス51（図13）の次の印刷体積を製造する目的に対応する位置まで移動させられ、その後印刷体積1 152（図14）の製造を可能にする印刷過程100の上記説明工程がシーケンス51（図13）の次の印刷体積の製造の為に繰り返されます。図14で示された実施例においては、シーケンス51の次の印刷体積は、殻の形をした印刷体積2 153となります。

印刷体積2 153の製造は、粒子源11,12,61,62,63,64を管理している管理信号CTR 1-6（図6）を使用し行われ、事前に定められたダイバージェンスα₁, α₂, α₃, α₄, α₅, α₆を使用するビームE₁, E₂, E₃, E₄, E₅の直径を大きくし、交点体積28の場所はシステムの中心のままに保ちます。つまりその中心部は、この場合だと印刷開始点151（図14）となる交差点15となります。印刷過程100の本工程では、殻の形をした次の印刷体積2 153（図13,14）の製造を可能にし、大きな交点体積28（図3）において重なり合う粒子クラスターと融解体積28の両方がこの工程ではより大きな直径を有する事となります。これにより殻の形をした大きな印刷体積2 153（図13,14）内での粉末材料融解を引き起こし、球体をした最初に製造した印刷体積に関して同心となります。前述の印刷過程が繰り返され、拡大されたビームを使用する事で殻の形をした次の印刷体積3 154が製造されます。

空間的分割50（図13）と印刷過程100を概略的に示した図14の例示実施形態では、機械1（図6,12）を使用し個別の印刷体積1, 2, 3...Zの製造を可能にする印刷過程100の上記説明工程がシーケンス51の個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）において繰り返されます。印刷過程100の間、個別印刷体積1 152の製造を可能にする上記記載全ての工程が繰り返されます。全ての工程とは、コンテナ101にあるストッパー103（図7）を開く事によって粉末材料を放出する工程から機械1の印刷エリア2に入れる工程、印刷済の物体部分1000（図16）の排出までの工程を含んだものになります。印刷済の物体部分1000（図16）はスイッチ111を使用し、必要であれば印刷済の物体部品1000を多方向サポートシステム機械化110（図7）を使用して定められた場所に再配置する事も可能です。7）、
個別の印刷体積1,2,3...Z（図13）の連続的な製造は、本例示実施形態では殻のような形をしていて、印刷済の物体部分1000（図16）の表面まで続き、物体3（図14）の内部の連続した部分である、印刷済の物体部分1000内に製造された物体3の表面に近づく事になります。ここで説明されている例示実施形態と図14,15においては、典型的物体3（図14）の一番大きい内部の連続した部分は殻のような形をした一番大きな印刷体積155であり、印刷体積1 152、印刷体積2 153、印刷体積3 154の製造によって作られた球形を含む球を形成するので、典型的物体3の最初の近似に似ているものになります。この例において物体3の全ての内部体積は、猫のような形（図14）をした物体3の外観に影響を与えないような大きく厚みのある連続した印刷体積を使用し、製造されます。

前述の通り、シュミレーター8（図13）では、このような方法によって印刷体積1, 2, 3...Zの順序51が定められる為、順序51における個別の印刷体積1, 2, 3...Zの製造を可能にする印刷過程100の連続した工程や各工程や印刷済の物体部分（図16）によって作られた影は回避される事になります。例のように殻のような形をした印刷体積3 155（図14）の製造中、印刷体積2 152から作られた影は考慮されるものとします。

個別の印刷体積1,2,3...Z（図13）の連続的な製造は、順序51の各製造又は個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）の製造中に繰り返される前述の工程には、粉末材料102（図7）をコンテナ101のストッパー103を開く事によって機械1の印刷空間2に放出する最初の工程から、スイッチ111を使用し、必要であれば多方向サポートシステムメカニズム110を使用して物体の機械的移動を使用しながら、印刷済部分1000（図16）を排出する工程までを含みます。

印刷過程100の次の工程は、交点体積28（図1）の中心を2つの新たな点（図14の156、1560）に移動させることです。印刷過程100（図13）のこれらの工程では、順序51の連続した印刷体積の製造を可能にさせ、交点体積28で粉末材料102（図7）を溶融させる為、印刷体積157も1570も同時に作成する事が可能になります。印刷体積155の殻の表面上に印刷体積157及び1570が製造され、新たな印刷起点156、1560からできる限り同時に全ての方向に向けて製作される事になります。個別の印刷体積1, 2, 3...Z（図13）は、印刷過程100に使用される機械1の例示実施形態の能力により、本例では印刷体積157と1570（図14）のような印刷体積を含む複数の印刷体積から組み合わされます。印刷体積157と1570が製造された後、印刷体積158と1580の同時製造が行われ、最後に印刷体積159と1590の同時製造が行われます。最終印刷物3（図14）の大きくなる構成部分はこのような印刷過程100（図13）の連続する工程によって作られ、連続した個別の印刷体積の製造をも可能にします。印刷過程100の間、印刷体積158及び1580によって、異なる空間的場所に配置された複数の印刷体積を同時に製造する事が可能になります。製造に使用する機械1の例示実施形態の能力によって、様々な印刷方向による同時的製造を可能にします。以下に示されている図14の殻のような形をした印刷体積157においては、印刷体積155の印刷済の殻形の反対側に製造される印刷体積157と1570内の印刷体積1570と様々な粒子源を使用する事で同時に製造できます。

図15では、時間通りに流れる概略的印刷過程100（図13）と個別の印刷体積のシーケンス51（図13）の概略図をを表しています。太線は印刷過程100の外側中央から可能性のある同時印刷方向を示しています。

上記の製造過程に基づき、印刷過程100（図13）の全ての工程がシーケンス51の各印刷体積1, 2, 3...Zの為に材料の追加、溶融、排出が連続的に行われる事になります。各印刷体積の製造を可能にする印刷過程100の工程は、シーケンス51の印刷体積によって繰り返されます。シーケンス51の次の印刷体積製造を可能にする印刷過程100の各工程の後、本例では1000（図16）のような印刷済の物体部分に新しく製造される部分が追加される事になります。印刷過程（図13）の連続的工程の間、印刷済の物体部分1000のような形が希望する形に似たようなものになっていきます。この例で話すと猫のような形に近づいていくという事になります。製造過程が希望する物体の表面や形に近づく際、印刷の解像度が良くなっていくという事になります。印刷の解像度は、ビームEの交点体積28の直径2R（図6）によって定められ、この例示実施形態においては粒子ビームが重なる事によって融解された粉末材料によって作られた殻と直径2Rの球体と同等になります。

図16においては、2つの粒子ビームE1,E2を含む機械1（図7）の例示実施形態が、高さZの薄い二次元層の連続した積み重なりによる物体製造と比較して、個別の印刷体積1, 2, 3...Zを拡大させる事になります。図16では、伝導針115の先端で交わる幾何学軸の2つの粒子ビームE1, E2を表しています。この例において、交点体積28は印刷済の物体部分1000の周りを成す複雑な形です。融解された粉末材料1020は、電力を使用し印刷済の物体部分1000の表面に塗布されます。前述電力は特定の時間・長さにおいて、より高い電位W1をスイッチ112に使用した伝導針115を接続する事によって作られます。高い電位W1に伝導針115を接続する時間は、印刷済の物体部分1000の表面に集合する粉末材料102の量（厚み）によって決定されます。

粒子クラスターの幾何学的軸の交点周辺に同時に現れ、特定の交点体積を作成する粒子クラスターを放つ2つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。 交点体積の粒子密度の合計と形における一番目に発生した粒子クラスターと二番目の粒子源の間に生じる時間の遅れに対する影響を表しています。 パルスの持続時間を延長しダイバージェンスを大きくする事で、交点体積の大きさにおいて発生する個別粒子クラスターの拡大影響を示しています。 粒子源のダイバージェンス変化と本例で挙げられている複数の小さな交点体積から組み合わされた交点体積における粒子源の幾何学軸間の角度変化の影響を表しています。 一方向に動き粒子クラスターの幾何学軸間の角度が180度である粒子クラスターを放つ、2つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。 対で配置された6つの粒子源を含む機械操作と方法の基本原理の実施例を表しています。対で配置されているので、個別の対である粒子源内で発生した粒子が双方向に移動し、個別の対である粒子源の幾何学軸間の角度が180度になります。個別の対として配置されているので、前述の粒子源に対する全ての幾何学軸は一点で交差する事になります。 2つの粒子源、粉末材料の磁気浮上システムと静電気力システム、物体製造のサポートシステムを含む機械の例示実施形態を示しています。 2つの粒子源と粉末材料の磁気浮上システムを含み、その中で粒子源が配置されているので、巻線の幾何学軸と垂直にビームの軸が平面上にあるような機械の例示実施形態を示しています。 3つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、粒子源用の3つの独立した線形機械化を含む、三次元物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。 3つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、粒子源の1つの為の円形機械化を含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。 4つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、四面体の幾何学を表す機械の例示実施形態を示した粉末材料の投与システムを含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。 6つの独立した脈動粒子源、粉末材料の磁気浮上システム、立方体の幾何学を表す機械の例示実施形態を示した粉末材料の投与システムを含む、物体の積層造形機械の例示実施形態を示しています。 本発明による積層造形方法のフローチャート概略図を表しています。 本例においては球体と殻である一連の個別の印刷体積のような空間的分割と製造される模範的物体の断面の概略図を表しています。例のような空間的分割は、6つの粒子源を含む機械の例示実施形態を使用しながら行う事ができます。描かれた例においては、融解体積は球体もしくは殻のような形をしています。また後発印刷体積も描かれています。 主な印刷同時方向の模式図と一連の印刷体積に模範的物体を空間的分割した例を描いています。 2つの粒子ビームと静電気力システムを使用し一部印刷済の物体に粉末材料を追加する原理を表しています。

Claims (15)

1. 三次元物体を積層造形するための機械であって、
   質量を有する粒子の少なくとも２つの源が内部に配置されている真空室を備えており、
   各源は、１つのビームを放出し、
   各源には、上記ビームのダイバージェンスと偏向とを調整する磁気レンズのシステムが設けられており、
   上記真空室の内部には、伝導針が配置されており、
   上記伝導針は、融解エリア内の印刷開始点に達しており、
   上記伝導針は、コントロールユニット(CT F1)を介して管理信号(CTRL F1)によって操作されるスイッチ(111)とスイッチ(112)とスイッチ(113)とに接続されており、
   スイッチ(111)は、上記伝導針を接地させ、
   スイッチ(112)は、少なくとも２つの上記源よりも高い電位に接続されており、
   スイッチ(113)は、少なくとも２つの上記源よりも低い電位に接続されており、
   上記物体を製造するための粉末材料は、
   －少なくとも２つの巻線(105, 106, 205, 206, 207, 208)を使用して生じた磁場(B)による磁気浮上によって、
   －上記伝導針と上記粉末材料との間の静電気力によって、または、
   －少なくとも２つの上記源から放出され、かつ、上記粉末材料への押力を生じさせる粒子の運動量の合計ベクトルを用いて、
   上記融解エリアへと輸送され、
   少なくとも２つの上記源から放出される少なくとも２つのビームの交差部が、特定の高さを有する二次元層でもなく、恒久的に決められた大きさを有する小さな点でもない、湾曲した体積として定められる上記融解エリアとなるように、コントロールユニット(CT 1)およびコントロールユニット(CT 2)が、少なくとも２つの上記ビームのダイバージェンスと偏向とを制御する、機械。
2. 真空室（116）内に配置されている、
   質量を有する粒子の一番目のビーム(E₁)を放出する一番目の源(11)と、
   一番目のビーム(E ₁ )のダイバージェンス(α)と偏向とを定める磁気レンズ(18)の一番目のシステムと、
   コントロールユニット(CT 1)を介し一番目の源(11)を管理する一番目の管理信号(CTRL 1)と、
   質量を有する粒子の二番目のビーム(E₂)を放出する二番目の源(12)と、
   二番目のビーム(E ₂ )のダイバージェンス(β)と偏向とを定める磁気レンズ(19)の二番目のシステムと、
   コントロールユニット(CT 2)を介し二番目の源(12)を管理する二番目の管理信号(CTRL 2)と、を備えており、
   異なる源(11, 12)から放出される2つ以上のクラスター(160, 170)は、機械(1)の印刷空間(2)の定められた体積部において重なり合うことにより、湾曲した三次元的な交点体積(28)を作成し、
   体積(28)の外面は、湾曲しており、
   体積(28)の内部では、少なくとも２つの源（11, 12）から放出された少なくとも２つの粒子のビーム（E ₁ , E ₂ ）の交差部に対応する湾曲した体積として、融解体積(280)が定められており、
   事前に定められた個別のクラスター(160, 170)のエネルギー合計量が、融解体積(280)に配置された粉末材料(102)の融解に必要なエネルギー閾値を超え、
   粉末材料(102)は、
   －少なくとも２つの巻線(105, 106, 205, 206, 207, 208)を使用して生じた磁場(B)による磁気浮上によって、
   －伝導針(115)とより高い電位(W ₁ )との間の電流を生じさせるスイッチ(112)または伝導針(115)とより低い電位(W ₂ )との間の電流を生じさせるスイッチ(113)を管理する管理信号(CTRL F1)とコントロールユニット(CT F1)とを使用し、粉末材料(102)と印刷済の物体部分(1000)との間に生じる静電気力によって、または、
   －離間して配置された２つ以上の源（11, 12）から放出され、かつ、粉末材料(102)への押力を生じさせる粒子の運動量の合計ベクトルを用いて、
   融解体積(280)へと輸送され、
   上記エネルギー合計量が、粉末材料(102)の融解を引き起こす、請求項１に記載の機械。
3. 2つ以上の粒子源(11, 12, 61, 62, 63, 64)、2つ以上の管理信号(CTRL 1, CTRL 2, CTRL 3, CTRL 4, CTRL 5, CTRL 6)、および、2つ以上のコントロールユニット(CT 1, CT 2, CT 3, CT 4, CT 5, CT 6)を含む、請求項１または２に記載の機械。
4. 一番目の源(11)の幾何学軸(13)と二番目の源(12)の幾何学軸(14)とが0-360度の角度で交差点(15)において交わり、かつ、一番目の(11)から交差点(15)までの距離(20)と二番目の源(12)から交差点(15)までの距離(21)とが、10cmから20mまでの範囲内になるように、一番目の源(11)と二番目の粒子源(12)とが空間的に配置されている、
   または、
   複数の粒子源(11, 12, 61, 62, 63, 64)の幾何学軸が、0-360度の角度で、交差点(15)または複数の交差点において交わり、かつ、全ての源(11, 12, 61, 62, 63, 64)から交差点(15)または複数の交差点までの距離が、10cmから20mまでの範囲内になるように、複数の粒子源(11, 12, 61, 62, 63, 64) が空間的に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の機械。
5. 源(11, 12, 61, 62, 63, 64)から放出される、質量を有する粒子は電子である、請求項１から４のいずれか１項に記載の機械。
6. 一番目の源(11)を管理する管理信号(CTRL 1)と二番目の源(12)を管理する管理信号(CTRL 2)とは、互いにタイムリーに設定されており、
   交点体積(28)の空間的位置は、少なくとも2つの源(11, 12)から別々に放出される、少なくとも2つの個別のクラスターの間に生じる時間差t_fを使用して管理される、請求項１から５のいずれか１項に記載の機械。
7. 一番目の源(11)から放出されるビームのダイバージェンス(α ₁ )、二番目の源(12)から放出されるビームのダイバージェンス(α₂)、一番目の源(11)から放出される個別のクラスター(160)の長さ(L₁)、および、二番目の源(12)から放出される個別のクラスター(170)の長さ(L2)を変化させることによって、交点体積の大きさ(28)が管理される、請求項１から６のいずれか１項に記載の機械。
8. 個別の交点体積(28)は、複数の小さな体積から成り、
   粉末材料(102)は、印刷前には、ストッパー(103)を有するコンテナ(101)内に保管されており、
   コンテナ(101)の出口には、粉末材料(102)を分散させる為にアクチュエータ(104)が装備されており、
   ストッパー(103)は、管理信号(CTRL C1)を介してコントロールユニット(CT C1)によって管理されており、
   一つ(11)の粒子源または複数の粒子源(12,61)は、当該源(11,12,61)の移動を可能にさせる線形機械化(117)、または、他の源(12,61)に対する当該源のうちの一つの源(11)の回転を可能にさせる円形機械化(118)と連動する、請求項１から７のいずれか１項に記載の機械。
9. 印刷済の物体部分の表面へ電気的に接続されており、かつ、コントロールユニット(CT F1)によって管理信号(CTRL F1)を介して管理されている伝導針(115)を通じて、印刷済の物体部分から過剰電荷が取り除かれる、請求項１から８のいずれか１項に記載の機械。
10. 三次元物体を積層造形するための方法であって、
    印刷準備(5)と、
    印刷準備(5)中においてシュミレーター(8)を使用し、印刷仕様(6)と機械仕様(7)とに基づいている印刷過程(100)と、を含んでおり、
    発生器(9)を使用した管理ファイル(10)の作成に先立ち、三次元物体(4)のデジタルファイルの空間的分割(50)が実行され、
    管理ファイル(10)は、三次元物体(3)を製造するために、コントロールユニット(CT 1-H)を介して定められた管理信号(CTRL 1-H)を使用して、機械(1)の組立部全てを管理し、
    最終物体は、個別の構成部品を徐々に製造し、かつ、当該最終物体が製造されるまで特定のシーケンスによってそれらの構成部品を組み立てることによって製造され、
    最終的に製造される三次元物体の個別の構成部品は、特定の高さを有する二次元層でもなく、恒久的に決められた大きさを有する小さな点でもない、三次元的な湾曲した体積であり、
    複数の粒子源(11,12)から放出されるビームの交点体積(28)の内側にある、定められた湾曲した融解体積(280)内において、粉末材料(102)が融解され、
    定められた融解体積(280)内では、複数の粒子源(11,12)から放出される粒子の運動エネルギーの合計は、粉末材料(102)を融解するために必要な閾値を超え、
    粉末材料(102)は、
    －磁場(B)を生じさせる複数の巻線(105, 106)を用いた磁気浮上によって、または、
    －スイッチ(112)を介して伝導針(115)へのより高い電位(W ₁ )の電気接続を行うことによって、または、スイッチ(113)を介して伝導針(115)へのより低い電位(W ₂ )の電気接続を行うことによって生じる、印刷済の物体部分(1000)の表面に電気的に接続されている伝導針(115)と粉末材料(102)との間の静電気力によって、
    融解体積(280)へと輸送され、または、
    粉末材料(102)は、離間して配置された２つ以上の源（11, 12）から放出され、かつ、粉末材料(102)への押力を生じさせる粒子の運動量の合計ベクトルを用いて、印刷済の物体部分(1000)の他の部分へと輸送される、方法。
11. 伝導針(115)または印刷済の物体部分(1000)と、アース接続、より低い電位(W ₂ )を有する点、または、より高い電位(W ₁ ) を有する点と、の間の電気接続を生じさせるスイッチ(111)を介して、印刷済の物体部分(1000)の表面から過剰電荷が取り除かれる、請求項１０に記載の方法。
12. シーケンス(51)の個別の湾曲した印刷体積(1,2,3...Z)は、複数の小さな印刷体積(157, 1570)から成る、請求項１０または１１に記載の方法。
13. シーケンス(51)の個別の印刷体積(1,2,3...Z)を構成する湾曲した複数の小さな印刷体積(157, 1570)は、同時に複数の印刷方向に製造される、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. シーケンス(51)の個別の湾曲した印刷体積(152)は、シーケンス(51)の次の印刷体積(153)の内側にある、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. シーケンス(51)の個別の湾曲した印刷体積(155)の表面は、シーケンス(51)の次の個別の湾曲した印刷体積(1570)の表面と接触している、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法。
    

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