JP7322189B2 - 装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、三次元の加工対象物を製造する装置と、三次元の加工対象物を製造する装置の照射装置の照射ビームを制御する方法に関する。

付加積層法では、加工対象物の固化及び相互接続された一連の層を層毎に生成することによって、加工対象物が製造される。これらの工程は、加工対象物を製造するために、原材料の種類及び／又は前記原材料を固化させる方法で知られている。

例えば、粉末層の溶融は、特に金属及び／又はセラミックの原材料などの粉末状の原材料を複雑な形状の三次元加工対象物に加工することができる、一種の付加積層処理である。そのために、原材料の粉末層が担体上に塗布され、例えば、製造される加工対象物の所望の幾何学的形状に依存して部位を選択してレーザ照射を受ける。粉末層に浸透するレーザ照射により加熱を引き起こし、その結果、原材料の粉末粒子の溶融又は焼結を引き起こす。次いで、加工対象物が所望の形状及び寸法になるまで、既にレーザ処理を行った担体上の層にさらに原材料の粉末層を連続的に塗布する。選択的なレーザ溶融又はレーザ焼結は、特に、ＣＡＤデータに基づいて、例えば、プロトタイプ、ツール、交換部品、又は、義歯又は整形外科補綴物などの医療補綴物の製造に使用することができる。

一方、溶融堆積モデリング又は材料ジェッティングは、異なるタイプの付加積層処理を表す。この場合、原材料は、担体上に該材料を堆積させ、次いで、所望の形状に固化させるタイプのプリントヘッドに供給される。

付加積層構築法の重要なパラメータは、製造された加工対象物の品質である。品質は様々なパラメータの影響を受けうるので、既知の解決策は必ずしも所望の品質を達成するとは限らない。

したがって、本発明の目的は、特に、付加積層製造技術を用いて製造される加工対象物の品質を向上させることである。

本発明は、独立請求項に規定されている。本発明の好ましい実施形態は従属請求項に規定されている。

本開示の第１の態様では、三次元加工対象物を製造するための装置であって、
該装置は、付加積層製造技術を用いて該三次元加工対象物が製造可能である材料を受け入れるための処理チャンバであって、透光性窓を備える処理チャンバと、
該透光性窓を通して、該三次元加工対象物を製造するための該材料を照射するための照射装置と、
該処理チャンバの該透光性窓と該照射装置との間に配置されたエンクロージャとを備え、
該エンクロージャの少なくとも一部は、該照射装置から発せられる照射ビームが該照射装置から該エンクロージャを通って該三次元加工対象物を製造するための該材料に進むために透光性であり、
該エンクロージャは、入口と出口とを備え、
該装置は、該入口と該出口とを介して該エンクロージャを通る流体の流れを制御するように構成される、装置を提供する。

この透光性窓は、例えば、透光性中実窓としうる又は透光性中実窓を備えうる。透光性中実窓は、例えば、（使用される特定の波長について）照射装置から生じる照射ビームを吸収しない（又は完全に吸収しない）ガラス及び／又は別の材料を備えうる。いくつかの例では、透光性窓は、処理チャンバ内の開口部とする又は当該開口部を備えることができ、それによって、開口部は、（使用される特定の波長について）照射装置から生じた照射ビームを吸収しない（又は完全に吸収しない）ガラス及び／又は別の材料を備えうる、中実透光性層又は構成要素を介して覆うことができる。

照射ビームが処理チャンバに入射するときのビーム入射窓の状態（例えば、温度）は、照射工程及びそのパラメータに依存し得る。これは、例えば、ビーム方向及び集束パラメータなどのビーム経路に影響を及ぼすことがある。

本開示による装置は、付加製造装置又は機械の照射ビーム経路のための安定した周囲を生成することを可能にし得る。三次元加工対象物を製造するための装置におけるビーム及び／又はビームパラメータを制御するための新規な方法が提供される。

エンクロージャの透光性である部分は、照射ビームがエンクロージャを通過することを可能にするために、２つの側の光に対して透光性としうる。いくつかの例では、エンクロージャの上壁（又はその一部）及びエンクロージャの底壁（又はその一部）は、少なくとも部分的に透光性とすることができ、それによって、エンクロージャの底壁は処理チャンバの方を向き、エンクロージャの上壁は照射装置の方を向いている。

エンクロージャは、三次元の加工対象物を製造するために、付加積層製造技術を用いて材料が固化される処理チャンバの容積部から分離される。

エンクロージャは、異なる方法で、成形及び／又は形成されうる。いくつかの例では、エンクロージャは、処理チャンバ（処理チャンバの透光性窓である）と照射装置との間に配置され得る管（例えば、可撓性管）又はダクト（例えば、可撓性ダクト）を備えうる。管及び／又はダクトは、流体が管又はダクトの一方の側から他方の側に流れることができるように、異なる端部で開いていてもよい。入口及び出口を介してエンクロージャを通る流体の流れを制御することに基づいて、安定した温度条件が保持され得る。これにより、照射装置からエンクロージャ及び透光性窓を介して固化すべき材料への照射ビーム経路のための安定した条件を提供することを可能にし得る。照射ビーム経路のための安定した条件により、特に照射ビーム経路が明確に規定されているので、三次元加工対象物の品質を改善し得る。安定した温度条件、ひいては、照射ビーム経路のための条件は、例えば、三次元加工対象物を製造するための製造工程中に生じ得る過剰な熱が流体の流れを介して取り出され得るように、特に流体の流れを制御することに基づいて提供され得る。さらに、エンクロージャ内の流体の流れを制御することにより、エンクロージャにおける条件及び／又はエンクロージャと流体の間の界面における条件に基づいて、照射ビームの制御された操縦を可能にすることができ、これらの条件は、例えば、以下でさらに詳細に概説するように、温度条件及び他の条件によって影響を受け得る。

装置の任意の構成要素、例えば、透光性である処理チャンバの窓は、１つ又は複数の特定の波長又は波長範囲の光に対して透明である構成要素に関する。したがって、１つ又は複数の特定の波長又は波長範囲の光を装置の透光性構成要素を通過させることができる。

流体は、いくつかの例では、気体、液体、気体又は液体の中の固体材料、又は、それらの任意の組合せとしうる。

装置のいくつかの例では、エンクロージャは、処理チャンバの壁の少なくとも一部を形成する。これは、照射ビームが装置のより少ない構成要素を通って進まなければならない場合には、照射ビーム経路の条件をより正確に制御することができるので、特に有利である。

装置のいくつかの例では、エンクロージャは透光性窓を備える。これにより、照射ビームが照射装置から三次元加工対象物が製造可能である材料まで進む必要がある装置の構成要素の数をさらに減少させることを可能にし得る。その結果、照射ビーム経路の条件をより精密に制御することができるので、三次元加工対象物の品質を向上させることができる。

いくつかの例では、装置は、流体及び／又はエンクロージャを囲む領域を感知するために、入口、出口、及びエンクロージャの内の１つ又は複数の内部に連結及び／又は配置された１つ又は複数のセンサをさらに備え、装置は、感知された流体及び／又は領域に基づいて、エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される。いくつかの例では、１つ又は複数のセンサは、１つ又は複数の温度センサ、及び／又は、１つ又は複数の光センサ（例えばサーモグラフィを実行するための例えばカメラ、）を備える。

１つ又は複数のセンサは、いくつかの例では、（流体を感知するために、入口、出口、及び、エンクロージャの内の１つ又は複数の中に配置されるように、追加的又は代替的に）エンクロージャの外側に配置されうる。

エンクロージャを囲む領域は、照射装置及び処理チャンバ（例えば、処理チャンバ内の容積部）の内の１つ又は複数を備えうる。

エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータは、流体の温度、流体の流速、エンクロージャ内の流体の滞留時間、流体の圧力、流体の清浄度、及び、流体の組成の内の１つ又は複数を備えうる。

いくつかの例では、清浄度は、レーザ回折などの光学的手段によって決定されうる。更に又は代替的に、清浄度は、流体の導電率又は熱伝導率及び／又は流体の組成によって決定されうる。

三次元加工対象物を製造するための時間が進むにつれて、装置の透明な構成要素では、汚染が増すことがある。これにより、時間を経て照射ビーム（例えば、レーザビーム）の吸収の増加をもたらし得、それは、流体を介して除去され得る温度の増加をもたらしうる。したがって、清浄度の決定は、いくつかの例では、特に温度を適切に制御するように流体の１つ又は複数の特性を制御する場合に考慮され得る。

エンクロージャ内の流体の温度及び／又は照射装置の温度及び／又は処理チャンバ内の容積部の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持することにより、改良された照射ビーム操縦のために照射ビーム経路（すなわち光路）の条件を一定に保つことを可能にし、これにより、照射ビームによって固化され得る材料から製造される三次元加工対象物の品質を向上しうる。

装置のいくつかの例では、入口及び／又は出口は、流体の１つ又は複数の特性を制御するように構成された１つ又は複数の制御装置を備える。本明細書において、流体の１つ又は複数の特性は、特に限定されないが、流体の温度、流体の流速、エンクロージャ内の流体の滞留時間、流体の圧力、流体の清浄度、及び、流体の組成などの、流体の物理的特性に関するものとしうる。

装置のいくつかの例では、エンクロージャは、照射装置から処理チャンバの内部（三次元加工対象物が生成される材料へ）への照射ビームのビーム経路内に配置された複数のエンクロージャを備える。いくつかの例では、複数のエンクロージャは、本明細書では、照射ビームが次々にエンクロージャの中を連続して進むように、互いに平行に配置されうる。いくつかの例では、複数のエンクロージャは、複数のビームが対応するそれぞれのエンクロージャを通って処理チャンバの内部まで進むことができるように、互いに平行にかつ照射装置から処理チャンバの内部までの照射ビーム経路に略平行に配置することができる。

いくつかの例では、異なるエンクロージャは、異なる流体で充填されうる。例えば、第２の流体の熱伝達率よりも高い熱伝達率を有する第１の流体を、熱を取り出すことができる装置の任意の部分又は構成要素により近接して配置することができる。

複数のエンクロージャの相互に関する配置及び／又は装置の１つ又は複数の他の部分又は構成要素に関する配置は、それぞれのエンクロージャ内の前記流体の目的に依存しうる。例えば、異なる構成要素から熱を取り出すために、複数のエンクロージャを設けうる。例えば、ガラスの気体冷却に加えて、ガラスホルダのためのフレーム形状の水冷を提供することができ、それによって、いくつかの例では、ガラスの気体冷却のみを透明又は透光性としうる。

したがって、いくつかの例では、装置は、第１の前記エンクロージャを通る第１の前記流体の前記流れを制御し、第２の前記エンクロージャを通る第２の前記流体の前記流れを制御するように構成されており、第１の流体は第２の流体とは異なる。

温度センサなどの１つ又は複数のセンサが設けられている装置の例では、装置は、それぞれのエンクロージャ内の滞留時間、及び／又、は両方又は全ての流体の流速を、共に、及び／又は、それぞれの流体を個々に制御するように構成されうる。

装置は、１つの又は複数の流体が設定されたエンクロージャ内に存在するかどうかを、更に又は代替的に制御することができる。

装置は、どの１つ又は複数の流体が照射ビーム経路内に提供されうるかを制御するように構成されうる。したがって、装置は、エンクロージャ内に提供される１つ又は複数の流体が与えられた場合に、どの波長がエンクロージャに浸透し得るかを制御するように構成されうる。

装置のいくつかの例では、照射装置は、照射装置からエンクロージャを通る照射ビームのための複数のビーム経路を提供するように構成される。照射ビームは、本明細書では、三次元加工対象物が製造される材料の異なる部分にわたって走査することができる。

装置のいくつかの例では、エンクロージャの壁は、空洞内の流体を介して、エンクロージャの物理的特性を制御するための空洞を備える。エンクロージャの物理的特性は、本明細書では、特に、エンクロージャの形状及び／又は温度に関しうる。空洞に流体（気体及び／又は液体）を充填し、エンクロージャの物理的特性に影響を及ぼすことができる。エンクロージャの温度を制御することによって、エンクロージャ内の流体の温度を制御することが可能になり得る。エンクロージャの形状を制御することによって、照射ビームがエンクロージャを通って進むときに照射ビーム経路の光学特性を制御することが可能になり得る。

いくつかの例では、装置は、前記流体の光学特性及び／又は前記流体とエンクロージャの透光性部分との間の界面の光学特性に基づいて、前記照射ビームの照射ビーム経路を制御する光学制御ユニットをさらに備え、エンクロージャを通る前記流体の前記流れの制御は、前記照射ビームの制御された操縦のために前記光学特性に基づいて前記流れを制御することを備える。

いくつかの例では、光学特性は、流体からエンクロージャの透光性部分への屈折率変化を備える。更に又は代替的に、光学特性は、光学系の焦点距離を備え、この焦点距離は、照射ビーム経路に沿って、エンクロージャの透光性部分及び／又はエンクロージャ内の流体及び／又は（エンクロージャによって形成されうる）処理チャンバの透光性窓から構成されている。

気体ではなく液体がエンクロージャに導入される場合、屈折率は著しく変化し得る。

光学系の焦点距離は、エンクロージャ内の圧力を変化させることによって変化させることができる。圧力の変化は、エンクロージャの透光性部分及び／又は透光性窓がその形状を変化させ、その結果、照射ビームについての光学系の焦点距離の変化をもたらし得る。この点に関し、装置は、いくつかの例では、エンクロージャ内の圧力を変化させるために、圧力調整ユニットを備えうる。圧力は、流体の制御、特に、エンクロージャ内の流体の流れに基づいて変化されうる。

また、光学制御ユニットは、照射ビームの操縦を制御する際に、照射ビームの波長を考慮しうる。したがって、分散を考慮することができる。したがって、制御ユニットは、照射装置の波長に関する情報を制御ユニットに提供するように、照射装置に連結されうる。更に又は代替的に、照射装置の波長は、例えば、光学制御ユニットの入力部に情報を入力することによって、光学制御ユニットに別々に供給されうる。

いくつかの例では、光学特性は、該流体の流体組成及び／又は流体温度に基づいており、エンクロージャを通る該流体の該流れの該制御は、該照射ビームの該制御された操縦のために、該流体組成及び／又は該流体温度に基づいて該流れを制御することを備える。流体の組成は、上述したように、特に複数のエンクロージャを設けることによって、変更することができ、それによって、異なる流体が異なるエンクロージャに導入されうる。

上述したように、いくつかの例では、光学特性は、該流体の屈折率を備え、エンクロージャを通る該流体の該流れの該制御は、該照射ビームの該制御された操縦のために該屈折率を制御することを備える。更に又は代替的に、光学特性は、照射ビームが照射装置から処理チャンバの内部（すなわち、三次元加工対象物が生成される材料に照射ビームが衝突する場所）に進む、装置の構成要素の焦点距離を備える。

いくつかの例では、焦点距離は、エンクロージャの透光性部分及び／又は処理チャンバの透光性窓を変形させるように、エンクロージャ内の圧力を変化させることによって調節されうる。エンクロージャの透光性部分及び／又は処理チャンバの透光性窓は、本明細書では、エンクロージャ内の圧力に応じて焦点距離を変化させることができる、光学レンズとして機能させることができる。

いくつかの例では、透光性窓及び／又はエンクロージャの透光性部分は、それぞれ、光学レンズを備える。

装置のいくつかの例では、光学制御ユニットは、（特に、三次元加工対象物を生成するために使用される材料に照射ビームが衝突する場合に）処理チャンバ内の前記照射ビームの照射ビームスポット直径を決定するように構成されており、前記制御された前記照射ビームの操縦は、前記流体の前記流れを制御することによって制御される前記光学特性に基づいて、前記照射ビームスポット直径を制御することを備える。照射ビームスポット直径の決定は、例えば、照射ビームの波長と、（エンクロージャの透光性部分と、エンクロージャ内の流体と、処理チャンバの透光性窓と、処理チャンバの内容積部の内の１つ又は複数を備える）光学系の光学特性、特に光学系の焦点距離とに基づいて計算されうる。更に又は代替的に、照射ビームスポット直径は、例えば、照射ビームが三次元加工対象物を製造するために使用される材料に衝突するときに、処理チャンバ内の照射ビームスポットを捕捉するカメラを用いて光学的に決定されうる。いくつかの例では、カメラは、処理チャンバ内及び／又は照射ビームスポット内の照射ビームの形状又は幾何学的形状を捕捉することができる。

いくつかの例では、エンクロージャ内の清浄度を決定するときに、カメラを追加的又は代替的に使用することができる。

流体の流れを制御することによって制御される光学特性に基づいて照射ビームスポット直径を制御することは、材料を固化させるためにビームを使用して三次元加工対象物を生成することができる状態（例えば、比較的小さな照射ビームスポット直径）、又は、材料を固化させる前又は固化させた後に材料を予備加熱又は後加熱するためにビームを使用して三次元加工対象物を生成することができる状態（例えば、比較的大きな照射ビームスポット直径）の間で、照射ビームスポット直径を変化させることができるので、特に有利であり得る。したがって、照射ビームを使用する場合の異なる動作モードは、エンクロージャ内の流体の流れを制御することによって制御されうる。いくつかの例では、照射ビーム（スポット）直径（又は溶融プールの寸法）は、材料の予備加熱中よりも小さくなるように制御することができる。比較的に大きな領域は溶融又は固化することがあり、これにより、比較的に小さな溶融プールの場合よりも精度が小さくなることがある。

装置のいくつかの例では、該流体とエンクロージャの透光性部分の間の界面の光学特性は、該界面の形状及び／又は温度及び／又は応力状態を備え、該照射ビームの該制御された操縦は、該流体の流れを制御することによって該界面の該形状及び／又は該温度及び／又は該応力状態を制御することを備える。照射ビームは、界面の形状及び／又は温度及び／又は応力状態を制御することによって制御することができる。界面の応力状態は、例えば、エンクロージャの透光性部分の光弾性特性を使用することに基づいて、ビームを操縦することを可能にし得る。

いくつかの例では、装置は、エンクロージャ内の前記流体の圧力を制御することによって、前記形状及び／又は前記温度及び／又は前記応力状態を制御するように構成される。流体の圧力は、形状及び／又は界面の温度及び／又は応力状態を制御することによって照射ビームの正確な制御が可能であるように、比較的正確に制御されうる。

本開示全体を通して説明される装置のいずれの例においても、装置は、（例えば、照射装置に連結されている装置を介した、及び／又は、装置の入力に入力されている波長を介した）照射ビームの波長を考慮に入れて、照射装置からエンクロージャ及び処理チャンバの透光性窓を介して三次元加工対象物を生成するために使用される材料に進むときに、照射ビームを制御するように構成されうる。

さらに、付加積層製造技術を用いて、材料から三次元加工対象物を製造する装置の照射ビームを制御する方法であって、前記方法は、少なくとも部分的に透光性のあるエンクロージャの内部に、前記照射装置と前記材料との間に、流体を提供し、前記流体と、前記流体の制御に基づいた前記エンクロージャと、前記流体の制御に基づいた前記流体と前記エンクロージャとの間の界面の内の１つ又は複数の光学特性を制御することにより、前記照射ビームを制御するために、前記照射装置と前記材料との間において、前記照射ビームの照射ビーム経路の光学特性を制御する方法について説明する。

いくつかの例では、本方法は、流体の流れを制御することによって、装置の温度、特に照射装置の温度を制御することによって、照射ビームを制御することをさらに備える。

照射ビームを制御する方法を実施する場合には、装置の上述したいずれの例も同様に使用することができる。

本明細書に記載される実施例のいずれかによる装置をさらに記載するが、本明細書では、装置は、エンクロージャ内に配置された流体をさらに備える。流体は、いくつかの例では、液体又は気体を備えうる。

本明細書に記載される装置の例のいずれも、例えば、連続的な窓を備えていなくてもよい、エンクロージャを覆うため及び／又は特定領域（例えば、光学モジュール及び／又はエンクロージャ及び／又は処理チャンバ）を閉鎖するための機械的閉鎖機構をさらに備えうる。機械的閉鎖機構は、いくつかの例では、任意の波長の光に対して不透明としうる。機械的閉鎖機構は、いくつかの例では、アイリス(iris)閉鎖機構又は蓋としうる。機械的閉鎖機構は、例えば、装置の１つ又は複数の部分が装置から取り外される間に、特にエンクロージャに隣接して配置され又はエンクロージャに連結されうる、装置のエンクロージャ及び／又は他の構成要素（例えば、光学モジュール及び／又は処理チャンバ）を保護しうる。

以下、本発明のこれら及び他の態様を、単なる例として、添付図面を参照してさらに説明する。添付図面において、同様の参照番号は、同様の部分を指す。

図１は、本明細書に記載されるいくつかの例示的実施例による装置の概略図を示す。 図２は、本明細書に記載されるいくつかの例示的実施例による方法のフローチャートを示す。

本明細書に記載される装置の例は、ビーム入口ガラス流体循環機能性を備えうる。

ビーム入射窓（処理チャンバの透光性窓及び／又はエンクロージャの透光性部分）の条件及び／又は温度は、レーザ（又は一般的に照射）処理及びそのパラメータに依存することができ、これは、ビーム経路、例えばビーム方向及び集束パラメータに影響を及ぼし得る。さらに、（レーザ）ビーム操縦測定（例えば、スキャナパラメータ）は自由度を欠くことがある。

本明細書に記載される装置及び方法の例は、付加製造装置又は機械のレーザビーム経路のための安定した周囲を生成することを可能にし得る。ビームパラメータ、特にビーム操縦のための新しい自由度を提供することができる。

装置は、光又はレーザビームがエンクロージャを通過することを可能にするために、２つの側において光に対して透明であるエンクロージャ（容積部）を備える。エンクロージャは、付加製造装置のビーム経路内に配置され、例えば、構築されたチャンバ、光学スキャナハウジング等の別の容積部を閉鎖する作業を果たすことも、果たさないこともある。

さらに、エンクロージャ（容積部）は、流体入口及び流体出口を備える。入口及び／又は出口は、エンクロージャの中の流体のパラメータを調整又は制御するための、センサ及び装置を備えうる。エンクロージャが、三次元加工対象物を製造するために材料が固化される処理チャンバの容積部とは異なるということに留意すべきである。

いくつかの例では、複数のエンクロージャ（容積部）は、１つのビーム経路内に配置されうる。

いくつかの例では、複数のビーム経路が単一のエンクロージャ（容積部）を通ることがある。

センサは、エンクロージャ（容積部）の内側又は外側に取り付けることができる。

エンクロージャ（容積部）は、そのアセンブリの一部が（機械から）取り外され得る間にそれを保護するために、（例えば、アイリス閉鎖機構又は蓋に基づいて）エンクロージャを機械的に閉鎖する（光に対して不透明とし得る）閉鎖機構を備えうる。

入口又は出口には、媒体の物理的特性（温度、清浄度、圧力、組成など）を制御又は影響する装置を備えうる。

エンクロージャ（容積部）は、規定された波長又は波長範囲の光に対して透明である気体又は液体（又は一般的に流体／媒体）を備えうる。

エンクロージャ内部の媒体（容積部）の目的の１つは、光ビーム経路の特性に影響を与えることとしうる。

安定した温度条件の保存が保証されうる。次いで、流動する媒体は、光ビーム経路又は光ビーム経路の幾何学的形状又は特性を規定する部分（例えば、ガラスホルダ又はクランプ）から過剰な熱を輸送することができる。

複数のエンクロージャ（容積部）を適用し、異なる構成要素（例えば、ガラスホルダのためのフレーム形状の水冷に加えたガラスの気体冷却、それによって、いくつかの例では、この場合では、エンクロージャ又は容積部の内の第２の１つのみを透明としうる）から熱を輸送することができる。

エンクロージャ（容積部）を画定する側又は壁は、エンクロージャ（容積部）の物理的特性（特に温度）を制御又は影響するために、気体又は液体（又は一般的に流体）それ自体を備えうる。

異なる屈折率を有する媒体を使用することによる光学系の焦点距離の規定されたシフトが、（組成及び／又は温度に応じて）提供され得、したがって、処理平面において光スポット直径を増す。

エンクロージャ（容積部）内の規定された光の屈折に基づいて、２次元走査装置のビルド領域を増すことができ、かつ／又は、ビーム位置決めの新しい測度を導入することができる。

ビーム操縦特性は、更に又は代替的に、エンクロージャ（容積部）と透明な側の間の界面との光の相互作用から生じる。

エンクロージャ（容積部）及び／又はその壁は、ビーム経路に影響を及ぼすために、その形態、寸法、物理的特性、温度及び応力状態の内の一つ又は複数を変化させることができる。

容積部内で発生する可能性のある汚れやほこりや汚染粒子の輸送又は排出が保証されうる。

本明細書に記載される装置及び方法は、レーザビーム入射ガラスにおいて清浄な環境及び安定した温度を提供することができる。

照射（例えばレーザ）ビームに影響を与える又は操縦する新しい方法を記載する。照射（例えば、レーザ）ビームについての望ましくない効果が補償され得る。照射（例えばレーザ）ビームの操縦のための新しい自由度が与えられる。

図１は、本明細書に記載されるいくつかの例示的実施例による装置１００の概略図を示す。

この例では、装置１００は、三次元加工対象物４が製造可能である処理チャンバ２を備える。三次元加工対象物４が製造可能である材料は、この例では上昇可能かつ下降可能である担体２４上に受け入れられる。この材料は、この例では、コーティングブレード等としうる、コーティング機構２０を介して三次元加工対象物４が作製可能である、平面内に広げられる。

処理チャンバ２は、処理チャンバ２の上部に配置された透光性窓６を備えている。

処理チャンバ２の上部には、エンクロージャ１０が処理チャンバ２の透光性窓６と照射装置８ａ，８ｂとの間に配置されている。

照射ビーム１２ａ及び１２ｂは、材料を溶融させ、付加積層製造工程で三次元加工対象物を製造するために使用される。

照射ビーム１２ａ及び１２ｂを、本明細書では、材料層にわたって走査又は操縦することができ、それによって、異なる照射ビーム経路が、照射装置８ａ及び８ｂからエンクロージャ、透光性窓及び処理チャンバのある容積部を介して材料に向かって提供される。

装置１００は、入口１４及び出口１６をさらに備え、装置１００は、入口１４及び出口１６を介してエンクロージャ１０を通る流体の流れを制御するように構成されている。

この例では、エンクロージャ１０は、第１のエンクロージャ１８ａと第２のエンクロージャ１８ｂとを備える。第１のエンクロージャ１８ａと第２のエンクロージャ１８ｂは、照射ビーム１２ａ及び１２ｂが照射装置８ａ及び８ｂからエンクロージャ１８ａ及び１８ｂ並びに透光性窓６を通って材料層に向かって進むことができるように、透光性である少なくともいくつかの部分を備える界面を介して互いに分離されている。いくつかの例では、第１のエンクロージャ１８ａと第２のエンクロージャ１８ｂは、異なる流体がそれぞれ第１のエンクロージャ１８ａと第２のエンクロージャ１８ｂを通って流れるように、それぞれ異なる入口と出口を有する。

この例では、装置１００は、複数のセンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄを更に備える。

センサ２６ａは、この例では、エンクロージャ１０内に配置されている。センサ２６ａは、この例では、エンクロージャ内の流体を感知するために使用される。次いで、装置は、感知された流体に基づいて、エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータを制御しうる。いくつかの例では、センサ２６ａは、エンクロージャ内の流体の温度を感知するように構成される。次いで、装置は、エンクロージャ内の流体の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持するために、エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータ（例えば、エンクロージャ内の流体の流速）を調節しうる。三次元加工対象物を製造するための照射処理から生じる過剰な熱は、本明細書では、処理条件を一定に保つように、流体の流れを介して除去することができる。

更に又は代替的に、いくつかの例では、センサ２６ａは、エンクロージャ、特に照射装置８ａ及び８ｂ（例えば、照射装置８ａ及び８ｂの温度）を取り囲む領域を感知するために使用される。

センサ２６ｂ及び２６ｃは、この例では、それぞれ、出口及び入口内に配置されている。この例では、センサ２６ｂ及び２６ｃは、それぞれ、流体、特に入口及び出口内の流体の温度を感知するために使用される。次いで、装置は、エンクロージャ内の流体の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持するために、エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータ（例えば、エンクロージャ内の流体の流速）を調節しうる。三次元加工対象物を製造するための照射工程から生じる過剰な熱は、本明細書では、処理条件を一定に保つように、流体の流れを介して除去することができる。

この例では、装置１００は、透光性窓６の下の処理チャンバ内に配置されたセンサ２６ｄを更に備える。この例では、センサ２６ｄは、処理チャンバ内の容積部の温度を感知するために使用され、装置は、センサ２６ｄによって感知された処理チャンバ内の容積部の温度、エンクロージャ内の流体の１つ又は複数のパラメータに基づいて、処理チャンバ内の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持するように調節するように構成される。

この例では、装置は、制御装置２８ａ及び２８ｂを更に備える。この例では、制御装置２８ａ及び２８ｂは、それぞれ、入口及び出口内に配置されている。制御装置２８ａ及び２８ｂは、流体の１つ又は複数の特性を制御するように構成される。特に、制御装置２８ａ及び２８ｂは、流体の温度を調節するために、加熱ユニット及び／又は冷却ユニットを備えうる。その結果、処理チャンバ内の温度を制御するために、処理チャンバから流体の流れによって取り出され得る熱量を調節するために、エンクロージャ内の流体の温度を調節しうる。更に又は代替的に、いくつかの例では、制御装置２８ａ及び２８ｂは、エンクロージャ内の流体の流速及び／又は流体の滞留時間、エンクロージャ内の流体の圧力、流体の清浄度、及び／又は、エンクロージャ内の流体の組成を制御するために使用される。当業者は、流体の温度などを調節するために、流速、滞留時間及び／又は圧力、加熱ユニット及び／又は冷却ユニットを調節するために、例えばポンプを使用して、エンクロージャ内の流体のこれらの特性を調節するための手段に精通しているであろう。

入口及び出口は、それぞれ、異なる流体を異なるエンクロージャ１８ａ及び１８ｂに導入及び／又は取り出すための手段（例えば、フラップ）を備えうる。代替的に又は更に、それぞれ、異なる入口及び出口が、対応するそれぞれのエンクロージャに対して設けられうる。

この例では、装置１００は、流体の光学特性及び／又は流体とエンクロージャの透光性部分との間の界面に基づいて、照射ビーム１２ａ及び１２ｂの照射ビーム経路を制御するために照射装置８ａ及び８ｂに連結されている光学制御ユニット３０を更に備える。光学制御ユニット３０は、制御装置２８ａ及び２８ｂに連結され、エンクロージャを通る流体の流れの制御が、照射ビーム１２ａ及び１２ｂの制御された操縦のための光学特性に基づいて流れを制御することを備える。

この例では、光学制御ユニット３０は、処理チャンバ内の照射ビームの（照射ビームが材料層に衝突した場合の）照射ビームスポット直径を決定するように構成されたカメラ３２に連結されている。照射ビームの制御された操縦は、エンクロージャ内の流体の流れを制御することによって制御される光学特性に基づいて照射ビームスポット直径を制御することを備える。

また、光学制御ユニット３０は、照射装置８ａ及び８ｂ並びに制御装置２８ａ及び２８ｂを直接的に制御しうる。更に又は代替的に、光学制御ユニット３０による照射ビームスポット直径の制御は、カメラ３２からのフィードバックに基づきうる。材料に衝突したときの照射ビーム１２ａ及び１２ｂの照射ビームスポット直径は、照射装置８ａ、８ｂ及びエンクロージャ内の流体の特性を制御することの一方又は両方によって制御することができる。

この例では、エンクロージャ１０（すなわち、エンクロージャの壁）は、空洞内の流体を介して、エンクロージャの物理的特性を制御するための空洞を備える。いくつかの例では、空洞内の流体は、エンクロージャ内の流体を取り出し又は加熱することを可能にしうる。

この例では、エンクロージャ内の流体の屈折率は、エンクロージャ内の流体の流れ、特に、エンクロージャ内の流体の組成に基づいて調節される。エンクロージャ内の流体の流れを調節することは、いくつかの例では、エンクロージャ及び／又は界面の透光性のある窓及び／又は透光性のある部分の形状及び／又は応力状態の変化をもたらす。流体の流れを調節することは、有利には、照射ビームを操縦することを可能にし、特に、照射装置で照射され得る領域を増しうる。照射ビームスポット直径は変更され、これにより、比較的大きなスポット直径を用いて、比較的小さなスポット直径を有する照射ビームで固化された材料を予備加熱又は後加熱することができる。

いくつかの例では、エンクロージャ内の照射ビームの規定された屈折に基づいて、照射ビームスポット直径が増される。

図２は、本明細書に記載されるいくつかの例示的実施例に従った方法２００のフローチャートを示す。本方法は、特に、付加積層製造技術を用いて材料から三次元加工対象物を製造する装置の照射装置の照射ビームを制御する方法に関する。

この方法は、ステップＳ２０２において、装置の照射装置と材料との間に、少なくとも部分的に透光性のあるエンクロージャ内に流体を提供する段階を備える。

ステップＳ２０４において、前記方法は、前記流体と、前記流体を制御することに基づいたエンクロージャと、流体と前記流体を制御することに基づいた前記エンクロージャの間の界面の内の１つ又は複数の光学特性を制御することによって、前記照射ビームを制御するために、前記照射装置と前記材料との間の前記照射ビーム経路の光学特性を制御する段階を備える。

流体の光学特性は、いくつかの例では、流体の屈折率に関する。更に又は代替的に、エンクロージャの光学特性、及び／又は、流体とエンクロージャとの間の界面の光学特性は、いくつかの例では、その焦点距離に関する。

選択的に、ステップＳ２０６において、この方法は、流体の流れを制御することによって、装置の温度、特に照射装置の温度を制御することによって、照射ビームを制御する段階を備える。流体の流れは、装置、特に、照射装置及び／又は装置の他の構成要素から熱を除去するか又は熱を提供するために使用することができる。

疑いなく、多くの他の有効な選択肢が当業者に考えられる。本発明は、記載された実施形態及び例示の実施例に限定されるものではなく、当業者に明らかであり、添付の特許請求の範囲内に存在する修正を包含するものであることが理解されよう。
なお、本発明の実施形態の態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
三次元加工対象物を製造するための装置において、
前記装置は、
付加積層製造技術を用いて三次元加工対象物が製造される材料を受け入れるための処理チャンバであって、透光性窓を備える処理チャンバと、
前記透光性窓を通して、前記三次元加工対象物を製造するための前記材料を照射するための照射装置と、
前記処理チャンバの前記透光性窓と前記照射装置との間に配置されたエンクロージャと、を備え、
前記エンクロージャの少なくとも一部が、前記照射装置から生じた照射ビームが前記照射装置から前記エンクロージャを通って前記三次元加工対象物を製造するための前記材料に進むために透光性であり、
前記エンクロージャは、入口及び出口を備え、
前記装置は、前記入口及び前記出口を介して前記エンクロージャを通る流体の流れを制御するように構成されている、装置。
［態様２］
前記エンクロージャは、前記処理チャンバの壁の少なくとも一部を形成する、態様１に記載の装置。
［態様３］
前記エンクロージャは、前記透光性窓を備える、態様２に記載の装置。
［態様４］
前記装置は、前記流体及び／又は前記エンクロージャを包囲する領域を感知するために、前記入口、前記出口、及び、前記エンクロージャの内の１つ又は複数に連結及び／又は配置された１つ又は複数のセンサをさらに備え、
前記装置は、感知された前記流体及び／又は前記領域に基づいて、前記エンクロージャの中の流体の１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される、態様１～３のいずれか一態様に記載の装置。
［態様５］
前記１つ又は複数のセンサが、前記流体の温度、及び／又は、前記照射装置の温度、及び／又は、前記処理チャンバの容積部の温度を感知するための１つ又は複数の温度センサを備え、
前記装置によって制御する段階は、前記エンクロージャの中の前記流体の温度、及び／又は、前記照射装置の温度、及び／又は、前記処理チャンバの容積部の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持するように、前記エンクロージャの中の前記流体の１つ又は複数のパラメータを調節する段階を備える、態様４に記載の装置。
［態様６］
前記入口及び／又は前記出口は、前記流体の１つ又は複数の特性を制御するように構成された、１つ又は複数の制御装置を備える、態様１～５のいずれか一態様に記載の装置。
［態様７］
前記エンクロージャは、前記照射装置から前記処理チャンバの内部への前記照射ビームのビーム経路内に配置された、複数のエンクロージャを備える、態様１～６のいずれか一態様に記載の装置。
［態様８］
前記装置は、第１の前記エンクロージャを通る第１の前記流体の流れを制御し、第２の前記エンクロージャを通る第２の前記流体の流れを制御するように構成されており、前記第１の流体は、前記第２の流体とは異なる、態様７に記載の装置。
［態様９］
前記照射装置は、前記照射装置から前記エンクロージャを通る前記照射ビームのための複数のビーム経路を提供するように構成されている、態様１～８のいずれか一態様に記載の装置。
［態様１０］
前記エンクロージャの壁は、空洞内の流体を介して前記エンクロージャの物理的特性を制御するための空洞を備える、態様１～９のいずれか一態様に記載の装置。
［態様１１］
前記装置は、前記流体の光学特性及び／又は前記流体と前記エンクロージャの透光性部分との間の界面の光学特性に基づいて、前記照射ビームの照射ビーム経路を制御するための光学制御ユニットをさらに備え、
前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの制御は、前記照射ビームの制御された操縦のために、前記光学特性に基づいて前記流れを制御する段階を備える、態様１～１０のいずれか一態様に記載の装置。
［態様１２］
前記光学特性は、前記流体の流体組成及び／又は流体温度に基づいており、前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの前記制御は、前記照射ビームの前記制御された操縦のために、前記流体組成及び／又は前記流体温度に基づいて前記流れを制御する段階を備える、態様１１に記載の装置。
［態様１３］
前記光学特性は、前記流体の屈折率を備え、前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの前記制御は、前記照射ビームの前記制御された操縦のために前記屈折率を制御する段階を備える、態様１１又は１２に記載の装置。
［態様１４］
前記光学制御ユニットは、前記処理チャンバの中の前記照射ビームの照射ビームスポット直径を決定するように構成されており、前記照射ビームの前記制御された操縦は、前記流体の前記流れを制御することによって制御される前記光学特性に基づいて前記照射ビームスポット直径を制御する段階を備える、態様１１～１３のいずれか一態様に記載の装置。
［態様１５］
前記流体と前記エンクロージャの前記透光性部分との間の前記界面の光学特性が、前記界面の形状及び／又は温度及び／又は応力状態を備え、前記照射ビームの前記制御された操縦が、前記流体の前記流れを制御することによって、前記界面の前記形状及び／又は前記温度及び／又は前記応力状態を制御する段階を備える、態様１１～１４のいずれか１態様に記載の装置。
［態様１６］
前記装置は、前記エンクロージャの中の前記流体の圧力を制御することによって、前記形状及び／又は前記温度及び／又は前記応力状態を制御するように構成される、態様１５に記載の装置。
［態様１７］
前記エンクロージャの前記透光性窓及び／又は前記透光性部分は、それぞれ、光学レンズを備える、態様１～１６のいずれか一態様に記載の装置。
［態様１８］
付加積層製造技術を用いて材料から三次元加工対象物を製造する装置の照射装置の照射ビームを制御する方法において、
前記方法は、
少なくとも部分的に透光性のあるエンクロージャの中に前記照射装置と前記材料との間に流体を提供する段階と、
前記照射ビームを制御するために、前記流体と、前記流体を制御することに基づく前記エンクロージャと、前記流体を制御することに基づく前記流体と前記エンクロージャの間の界面の内の１つ又は複数の光学特性を制御することによって、前記照射装置と前記材料との間の照射ビームの照射ビーム経路の光学特性を制御する段階とを備える、方法。
［態様１９］
前記方法は、前記流体の流れを制御することによって、前記装置の温度、特に前記照射装置の温度を制御することによって、前記照射ビームを制御する段階をさらに備える、態様１８に記載の方法。

Claims (18)

1. 三次元加工対象物を製造するための装置において、
   前記装置は、
   付加積層製造技術を用いて三次元加工対象物が製造される材料を受け入れるための処理チャンバであって、透光性窓を備える処理チャンバと、
   前記透光性窓を通して、前記三次元加工対象物を製造するための前記材料を照射するための照射装置と、
   前記処理チャンバの前記透光性窓と前記照射装置との間に配置されたエンクロージャと、を備え、
   前記エンクロージャの少なくとも一部が、前記照射装置から生じた照射ビームが前記照射装置から流体で充填された前記エンクロージャを通って前記三次元加工対象物を製造するための前記材料に進むために透光性であり、
   前記エンクロージャは、前記流体の入口及び前記流体の出口を備え、
   前記装置は、前記入口及び前記出口を介して前記エンクロージャを通る流体の流れを制御するように構成されており、
   前記装置は、前記流体の光学特性及び／又はエンクロージャの光学特性及び／又は前記流体と前記エンクロージャの透光性部分との間の界面の光学特性に基づいて、前記照射ビームの照射ビーム経路を制御するための光学制御ユニットをさらに備え、
   前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの制御は、前記照射ビームの制御された操縦のために、前記光学特性に基づいて前記流れを制御する段階を備える、装置。
2. 前記エンクロージャは、前記処理チャンバの壁の少なくとも一部を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記エンクロージャは、前記透光性窓を備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記装置は、前記流体及び／又は前記エンクロージャを包囲する領域を感知するために、前記入口、前記出口、及び、前記エンクロージャの内の１つ又は複数に連結及び／又は配置された１つ又は複数のセンサをさらに備え、
   前記装置は、感知された前記流体及び／又は前記領域に基づいて、前記エンクロージャの中の流体の１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記１つ又は複数のセンサが、前記流体の温度、及び／又は、前記照射装置の温度、及び／又は、前記処理チャンバの容積部の温度を感知するための１つ又は複数の温度センサを備え、
   前記装置によって制御する段階は、前記エンクロージャの中の前記流体の温度、及び／又は、前記照射装置の温度、及び／又は、前記処理チャンバの容積部の温度を目標温度又は目標温度範囲内に維持するように、前記エンクロージャの中の前記流体の１つ又は複数のパラメータを調節する段階を備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記入口及び／又は前記出口は、前記流体の１つ又は複数の特性を制御するように構成された、１つ又は複数の制御装置を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記エンクロージャは、前記照射装置から前記処理チャンバの内部への前記照射ビームのビーム経路内に配置された、複数のエンクロージャを備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記装置は、第１の前記エンクロージャを通る第１の前記流体の流れを制御し、第２の前記エンクロージャを通る第２の前記流体の流れを制御するように構成されており、前記第１の流体は、前記第２の流体とは異なる、請求項７に記載の装置。
9. 前記照射装置は、前記照射装置から前記エンクロージャを通る前記照射ビームのための複数のビーム経路を提供するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記エンクロージャの壁は、空洞内の流体を介して前記エンクロージャの物理的特性を制御するための空洞を備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記光学特性は、前記流体の流体組成及び／又は流体温度に基づいており、前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの前記制御は、前記照射ビームの前記制御された操縦のために、前記流体組成及び／又は前記流体温度に基づいて前記流れを制御する段階を備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記光学特性は、前記流体の屈折率を備え、前記エンクロージャを通る前記流体の前記流れの前記制御は、前記照射ビームの前記制御された操縦のために前記屈折率を制御する段階を備える、請求項１又は１１に記載の装置。
13. 前記光学制御ユニットは、前記処理チャンバの中の前記照射ビームの照射ビームスポット直径を決定するように構成されており、前記照射ビームの前記制御された操縦は、前記流体の前記流れを制御することによって制御される前記光学特性に基づいて前記照射ビームスポット直径を制御する段階を備える、請求項１、１１及び１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記流体と前記エンクロージャの前記透光性部分との間の前記界面の光学特性が、前記界面の形状及び／又は温度及び／又は応力状態を備え、前記照射ビームの前記制御された操縦が、前記流体の前記流れを制御することによって、前記界面の前記形状及び／又は前記温度及び／又は前記応力状態を制御する段階を備える、請求項１、１１～１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記装置は、前記エンクロージャの中の前記流体の圧力を制御することによって、前記形状及び／又は前記温度及び／又は前記応力状態を制御するように構成される、請求項１４に記載の装置。
16. 前記エンクロージャの前記透光性窓及び／又は前記透光性部分は、それぞれ、光学レンズを備える、請求項１～１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 請求項１に記載の装置の照射装置の照射ビームを制御する方法において、
    前記方法は、
    少なくとも部分的に透光性のあるエンクロージャの中に前記照射装置と前記材料との間に流体を提供する段階と、
    前記照射装置に連結されている前記光学制御ユニットによって前記照射ビームを制御するために、前記流体を制御することに基づく前記エンクロージャと、前記流体を制御することに基づく前記流体と前記エンクロージャの間の界面の内の１つ又は複数の光学特性を制御することによって、前記照射装置と前記材料との間の照射ビームの照射ビーム経路の光学特性を制御する段階とを備える、方法。
18. 前記方法は、前記流体の流れを制御することによって、前記装置の温度、特に前記照射装置の温度を制御することによって、前記照射ビームを制御する段階をさらに備える、請求項１７に記載の方法。

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