JP7307820B2 - 3次元ワークピースを製造するための装置及び方法 - Google Patents
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Description
r = d * tan(α1)
ここで、dは、走査ユニット22aと原料粉末の最上層との間の距離である。
観察1:両方向(貫通方向及び牽引方向)について、表面粗さRaは、中心点28aからの距離が増大するにつれて増大する。換言すれば、偏向角α1が増大すると、表面粗さが増大し、ひいては劣化する。
観察2:半径値の全範囲にわたって、貫通方向に照射された側面32は、表面粗さが著しく良好になる(即ち、低下する)。
原料粉末の最上層上で原料粉末の最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、所定の部位において原料粉末を固化するように構成された少なくとも1つの走査ユニット(22a)を備える照射ユニット(20)であって、
原料粉末の最上層に90°の角度で衝突するときの放射線ビーム(24a)に対応する軸を、走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、照射ユニット(20)と、
制御ユニット(27)であって、
製造される3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信し、
3次元ワークピースの層の輪郭の少なくとも一部を少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てるように構成された制御ユニット(27)と、を備える、装置(10)において、
制御ユニット(27)は、照射ユニット(22a)を制御するための制御データを生成するように構成され、制御データは、少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てられた輪郭に沿って放射線ビーム(24a)が移動する全長の50%超に対して、放射線ビーム(24a)が中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、放射線ビーム(24a)の走査方法を規定することを特徴とする、装置(10)。
照射ユニット(20)は、原料粉末の最上層上で原料粉末の最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、所定の部位において原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を備え、
原料粉末の最上層に90°の角度で衝突するときの追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定し、
制御ユニット(27)は、3次元ワークピースの層の輪郭の一部を走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、放射線ビーム(24a)と中心軸(26a)との間の角度を、走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい所定の値を下回った状態に維持するように構成され、輪郭の追加の部分を追加の走査ユニット(22b)に割り当て、その結果、追加の放射線ビーム(24b)と追加の中心軸(26b)との間の角度を、追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい追加の所定の値を下回った状態に維持するように構成される。
制御ユニット(27)は、角度が所定の閾値を下回るエリアに対して走査速度が一定レベルに設定され、角度が大きくなると走査速度が低下するように、閾値を超える角度に対して走査速度が連続的に低下したりするように、制御データを生成するように構成される、実施例9に記載の装置(10)。
原料粉末の最上層上で原料粉末の最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、所定の部位において原料粉末を固化することによって製造される3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信するステップと、
3次元ワークピースの層の輪郭の少なくとも一部を、装置(10)の照射ユニット(20)の少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てるステップであって、原料粉末の最上層に90°の角度で衝突したときの放射線ビームに対応する軸を、走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、ステップと、を含む方法において、
照射ユニット(20)を制御するための制御データを生成するステップであって、制御データは、少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てられた輪郭に沿って放射線ビーム(24a)が移動する全長の50%超に対して、放射線ビーム(24a)が中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、放射線ビーム(24a)の走査方法を規定する、ステップによって特徴づけられる、方法。
装置の照射ユニット(20)は、原料粉末の最上層上で原料粉末の最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、所定の部位において原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を備え、
原料粉末の最上層に90°の角度で衝突するときの追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定する、方法において、
方法は、
3次元ワークピースの層の輪郭の一部を走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、放射線ビーム(24a)と中心軸との間の角度を、走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、
輪郭の追加の部分を追加の走査ユニット(22b)に割り当て、その結果、追加の放射線ビーム(24b)と追加の中心軸(26b)との間の角度を、追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい追加の所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、を含む、方法。
このほか、以下の付記が本開示に包含され、完全又は部分的に実施形態に組み込まれてもよい。
〔付記1〕
3次元ワークピースを製造するための装置(10)であって、
原料粉末の最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された少なくとも1つの走査ユニット(22a)を備える照射ユニット(20)であって、原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記放射線ビーム(24a)に対応する軸を、前記走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、照射ユニット(20)と、
制御ユニット(27)であって、
製造される前記3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信し、
前記3次元ワークピースの前記層の輪郭の少なくとも一部を少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てるように構成された制御ユニット(27)と、を具備する、装置(10)において、
前記制御ユニット(27)は、前記照射ユニット(22a)を制御するための制御データを生成するように構成され、前記制御データは、所定の長さの50%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定し、
前記所定の長さは、前記中心軸(26a)に対して同心の区画を除いて、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する長さとして規定されることを特徴とする、装置(10)。
〔付記2〕
前記所定の長さは、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する全長として規定される、付記1に記載の装置(10)。
〔付記3〕
前記照射ユニット(20)は、原料粉末の前記最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を具備し、
原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、前記追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定し、
前記制御ユニット(27)は、前記3次元ワークピースの前記層の前記輪郭の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の角度を、前記走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい所定の値を下回った状態に維持するように構成され、前記輪郭の追加の部分を前記追加の走査ユニット(22b)に割り当て、前記追加の放射線ビーム(24b)と前記追加の中心軸(26b)との間の角度を、前記追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい追加の所定の値を下回った状態に維持するように構成される、付記1の前提部又は付記1又は2に記載の装置(10)。
〔付記4〕
前記制御ユニット(27)は、前記照射ユニット(22a)を制御するための制御データを生成するように構成され、前記制御データは、前記放射線ビーム(24a)の照射パワー及び/又は前記放射線ビーム(24a)の走査速度が、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の角度に基づいて適合され、その結果、前記角度が増大すると前記照射パワーが増大したり、及び/又は前記角度が増大すると前記走査速度が減少したりするように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定する、付記1~3のいずれか一項に記載の装置(10)。
〔付記5〕
前記制御ユニット(27)は、前記ワークピースデータに基づいて、前記放射線ビーム(24a)が照射されることになる少なくとも1つの領域において前記ワークピースの厚さを判定し、前記厚さが所定の閾値を下回っているかどうかを判断し、前記厚さが前記所定の閾値を下回ったときに、この領域において前記照射パワーが増大しないように、少なくとも1つの前記領域のための前記制御データを生成するように構成される、付記4に記載の装置(10)。
〔付記6〕
前記制御ユニット(27)は、前記所定の長さの60%超、70%超、80%超又は90%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記制御データを生成するように構成される、付記1又は2に記載の装置(10)。
〔付記7〕
前記所定の値及び/又は前記追加の所定の値は、10°から25°の範囲の値であり、特に、15°から20°の範囲の値である、付記3に記載の装置(10)。
〔付記8〕
前記走査ユニット(22a)と前記追加の走査ユニット(22b)との間に重複エリアを形成し、前記重複エリアは、それぞれの前記放射線ビーム(24a、24b)とそれぞれの前記中心軸(26a、26b)との間の前記角度がそれぞれの前記所定の値を下回るときに、前記走査ユニット(22a)及び前記追加の走査ユニット(22b)の両方によって照射することができる、付記3又は7に記載の装置(10)。
〔付記9〕
前記制御ユニット(27)は、前記輪郭ではない前記3次元ワークピースの前記層の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当てるようにさらに構成され、その結果、前記一部は、少なくとも部分的に、前記所定の値よりも大きい角度で前記放射線ビーム(24a)によって照射される、付記3、7又は8のいずれか一項に記載の装置(10)。
〔付記10〕
前記制御ユニット(27)は、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の前記角度に関する前記照射パワーの関数が連続的に増大したり、及び/又は前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の前記角度に関する前記放射線ビーム(24a)の前記走査速度の関数が連続的に減少したりするように、前記制御データを生成するように構成される、付記4又は5に記載の装置(10)。
〔付記11〕
前記制御ユニット(27)は、前記角度が所定の閾値を下回るエリアに対して前記照射パワーが一定レベルに設定されるように前記制御データを生成するように構成され、前記照射パワーは、角度が大きくなると照射パワーが高くなるように、前記閾値を超える角度に対して連続的に増大したり、及び/又は
制御ユニット(27)は、前記角度が所定の閾値を下回るエリアに対して前記走査速度が一定レベルに設定され、前記閾値を超える角度に対して、角度が大きくなるほど走査速度が低下するように、前記走査速度が連続的に低下したりするように、前記制御データを生成するように構成される、付記10に記載の装置(10)。
〔付記12〕
3次元ワークピースを製造する方法であって、
原料粉末の最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化することによって製造される3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信するステップと、
前記3次元ワークピースの層の輪郭の少なくとも一部を、装置(10)の照射ユニット(20)の少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てるステップであって、原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突したときの前記放射線ビームに対応する軸を、前記走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、ステップと、を含む方法において、
前記照射ユニット(20)を制御するための制御データを生成するステップであって、前記制御データは、所定の長さの50%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定し、
前記所定の長さは、前記中心軸(26a)に対して同心の区画を除いて、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する長さとして規定される、ステップによって特徴づけられる、方法。
〔付記13〕
前記所定の長さは、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する全長として規定される、付記12に記載の方法。
〔付記14〕
付記12の前提部又は付記12又は13に記載の方法であって、
前記装置の前記照射ユニット(20)は、原料粉末の前記最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を具備し、
原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、前記追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定する、方法において、
前記方法は、
前記3次元ワークピースの前記層の前記輪郭の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸との間の角度を、前記走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、
前記輪郭の追加の部分を前記追加の走査ユニット(22b)に割り当て、その結果、前記追加の放射線ビーム(24b)と前記追加の中心軸(26b)との間の角度を、前記追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい追加の所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、を含む、方法。
〔付記15〕
コンピュータ可読記憶媒体に保存されたコンピュータプログラムであって、付記12~14のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実施させるためのコンピュータ可読命令を含む、コンピュータプログラム。
Claims (15)
- 3次元ワークピースを製造するための装置(10)であって、
原料粉末の最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された少なくとも1つの走査ユニット(22a)を備える照射ユニット(20)であって、原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記放射線ビーム(24a)に対応する軸を、前記走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、照射ユニット(20)と、
制御ユニット(27)であって、
製造される前記3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信し、
前記3次元ワークピースの前記層の輪郭の少なくとも一部を少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てるように構成された制御ユニット(27)と、を具備する、装置(10)において、
前記制御ユニット(27)は、前記照射ユニット(20)を制御するための制御データを生成するように構成され、前記制御データは、所定の長さの70%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定し、
前記所定の長さは、前記中心軸(26a)に対して同心円の区画における輪郭を除いて、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する長さとして規定されることを特徴とする、装置(10)。 - 前記所定の長さは、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する全長として規定される、請求項1に記載の装置(10)。
- 前記照射ユニット(20)は、原料粉末の前記最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を具備し、
原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、前記追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定し、
前記3次元ワークピースの輪郭は、輪郭の一部及び輪郭の追加の部分に分割され、前記輪郭の一部は前記走査ユニット(22a)によって照射され、前記輪郭の追加の部分は前記追加の走査ユニット(22b)によって照射され、
前記制御ユニット(27)は、前記3次元ワークピースの前記層の前記輪郭の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の角度を、前記走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい、前記同心円の最大半径をもたらす所定の値を下回った状態に維持するように構成され、前記輪郭の追加の部分を前記追加の走査ユニット(22b)に割り当て、前記追加の放射線ビーム(24b)と前記追加の中心軸(26b)との間の角度を、前記追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい、前記同心円の追加の最大半径をもたらす追加の所定の値を下回った状態に維持するように構成される、請求項1又は2に記載の装置(10)。 - 前記制御ユニット(27)は、前記照射ユニット(20)を制御するための制御データを生成するように構成され、前記制御データは、前記放射線ビーム(24a)の照射パワー及び/又は前記放射線ビーム(24a)の走査速度が、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の角度に基づいて適合され、その結果、前記角度が増大すると前記照射パワーが増大したり、及び/又は前記角度が増大すると前記走査速度が減少したりするように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定する、請求項1~3のいずれか一項に記載の装置(10)。
- 前記制御ユニット(27)は、前記ワークピースデータに基づいて、前記放射線ビーム(24a)が照射されることになる少なくとも1つの領域において前記ワークピースの厚さを判定し、前記厚さが所定の閾値を下回っているかどうかを判断し、前記厚さが前記所定の閾値を下回ったときに、この領域において前記照射パワーが増大しないように、少なくとも1つの前記領域のための前記制御データを生成するように構成される、請求項4に記載の装置(10)。
- 前記制御ユニット(27)は、前記所定の長さの70%超、80%超又は90%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記制御データを生成するように構成される、請求項1又は2に記載の装置(10)。
- 前記所定の値及び/又は前記追加の所定の値は、10°から25°の範囲の値であり、特に、15°から20°の範囲の値である、請求項3に記載の装置(10)。
- 前記走査ユニット(22a)と前記追加の走査ユニット(22b)との間に重複エリアを形成し、前記重複エリアは、それぞれの前記放射線ビーム(24a、24b)とそれぞれの前記中心軸(26a、26b)との間の前記角度がそれぞれの前記所定の値を下回るときに、前記走査ユニット(22a)及び前記追加の走査ユニット(22b)の両方によって照射することができる、請求項3又は7に記載の装置(10)。
- 前記制御ユニット(27)は、前記輪郭ではない前記3次元ワークピースの前記層の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当てるようにさらに構成され、その結果、前記一部は、少なくとも部分的に、前記所定の値よりも大きい角度で前記放射線ビーム(24a)によって照射される、請求項3、7又は8のいずれか一項に記載の装置(10)。
- 前記制御ユニット(27)は、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の前記角度に関する前記照射パワーの関数が連続的に増大したり、及び/又は前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸(26a)との間の前記角度に関する前記放射線ビーム(24a)の前記走査速度の関数が連続的に減少したりするように、前記制御データを生成するように構成される、請求項4又は5に記載の装置(10)。
- 前記制御ユニット(27)は、前記角度が所定の閾値を下回るエリアに対して前記照射パワーが一定レベルに設定されるように前記制御データを生成するように構成され、前記照射パワーは、角度が大きくなると照射パワーが高くなるように、前記閾値を超える角度に対して連続的に増大したり、及び/又は
制御ユニット(27)は、前記角度が所定の閾値を下回るエリアに対して前記走査速度が一定レベルに設定され、前記閾値を超える角度に対して、角度が大きくなるほど走査速度が低下するように、前記走査速度が連続的に低下したりするように、前記制御データを生成するように構成される、請求項10に記載の装置(10)。 - 3次元ワークピースを製造する方法であって、
原料粉末の最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に放射線ビーム(24a)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化することによって製造される3次元ワークピースの少なくとも1つの層を示すワークピースデータを受信するステップと、
前記3次元ワークピースの層の輪郭の少なくとも一部を、装置(10)の照射ユニット(20)の少なくとも1つの走査ユニット(22a)に割り当てるステップであって、原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突したときの前記放射線ビームに対応する軸を、前記走査ユニット(22a)の中心軸(26a)として規定する、ステップと、を含む方法において、
前記照射ユニット(20)を制御するための制御データを生成するステップであって、前記制御データは、所定の長さの70%超に対して、前記放射線ビーム(24a)が前記中心軸(26a)から離れる方向に移動するように、前記放射線ビーム(24a)の走査方法を規定し、
前記所定の長さは、前記中心軸(26a)に対して同心円の区画における輪郭を除いて、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する長さとして規定される、ステップによって特徴づけられる、方法。 - 前記所定の長さは、少なくとも1つの前記走査ユニット(22a)に割り当てられた前記輪郭に沿って前記放射線ビーム(24a)が移動する全長として規定される、請求項12に記載の方法。
- 請求項12又は13に記載の方法であって、
前記装置の前記照射ユニット(20)は、原料粉末の前記最上層上で前記原料粉末の前記最上層の所定の部位に追加の放射線ビーム(24b)を走査して、前記所定の部位において前記原料粉末を固化するように構成された追加の走査ユニット(22b)を具備し、
原料粉末の前記最上層に90°の角度で衝突するときの前記追加の放射線ビーム(24b)に対応する軸を、前記追加の走査ユニット(22b)の追加の中心軸(26b)として規定し、
前記3次元ワークピースの輪郭は、輪郭の一部及び輪郭の追加の部分に分割され、前記輪郭の一部は前記走査ユニット(22a)によって照射され、前記輪郭の追加の部分は前記追加の走査ユニット(22b)によって照射される方法において、
前記方法は、 前記3次元ワークピースの前記層の前記輪郭の一部を前記走査ユニット(22a)に割り当て、その結果、前記放射線ビーム(24a)と前記中心軸との間の角度を、前記走査ユニット(22a)の最大可能偏向角よりも小さい、前記同心円の最大半径をもたらす所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、
前記輪郭の追加の部分を前記追加の走査ユニット(22b)に割り当て、その結果、前記追加の放射線ビーム(24b)と前記追加の中心軸(26b)との間の角度を、前記追加の走査ユニット(22b)の最大可能偏向角よりも小さい、前記同心円の追加の最大半径をもたらす追加の所定の値を下回った状態に維持するようにするステップと、を含む、方法。 - コンピュータ可読記憶媒体に保存されたコンピュータプログラムであって、請求項12~14のいずれか1項に記載の方法をコンピュータに実施させるためのコンピュータ可読命令を含む、コンピュータプログラム。
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