(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163097
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】付加製造装置のプリントヘッド
(51)【国際特許分類】
B29C 64/209 20170101AFI20241114BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20241114BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20241114BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20241114BHJP
B29C 64/277 20170101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
B29C64/209
B33Y30/00
B29C64/153
B33Y10/00
B29C64/277
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024077117
(22)【出願日】2024-05-10
(31)【優先権主張番号】63/465,388
(32)【優先日】2023-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィッド スコット シメルモン
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム ジョセフ スティール
(72)【発明者】
【氏名】ブライアン トーマス トンプソン
【テーマコード（参考）】
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F213AC04
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL12
4F213WL43
4F213WL76
4F213WL85
4F213WL87
4F213WL96
(57)【要約】 （修正有）
【課題】付加製造装置のためのプリントヘッドが開示される。
【解決手段】プリントヘッドはハウジング（１３０）を含む。投射要素（１１６）はハウジング（１３０）に配置され、ビームエミッタからの１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビーム（１１８）をパターン（１２２）で投射するように構成されている。統合光学部品（１２４）は、ハウジング（１３０）に配置され、投射要素（１１６）の下に配置される。統合光学部品（１２４）は、複数の投射レーザビーム（１１８）のパターン（１２２）を投射レーザビーム（１２６）の統合パターンに統合するように構成されている。
【選択図】図３
【解決手段】プリントヘッドはハウジング（１３０）を含む。投射要素（１１６）はハウジング（１３０）に配置され、ビームエミッタからの１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビーム（１１８）をパターン（１２２）で投射するように構成されている。統合光学部品（１２４）は、ハウジング（１３０）に配置され、投射要素（１１６）の下に配置される。統合光学部品（１２４）は、複数の投射レーザビーム（１１８）のパターン（１２２）を投射レーザビーム（１２６）の統合パターンに統合するように構成されている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングと、
前記ハウジングに配置された投射要素であって、ビームエミッタからの１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている投射要素と、
前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、
を含む、
付加製造装置のプリントヘッド。
前記ハウジングに配置された投射要素であって、ビームエミッタからの１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている投射要素と、
前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、
を含む、
付加製造装置のプリントヘッド。
【請求項2】
前記ビームエミッタの遠位端であって、前記ハウジングに配置されているコリメータと、
前記コリメータの下であって、前記ハウジングに配置されているビームホモジナイザと、
前記ビームホモジナイザの下であって、前記ハウジングに配置されている転向光学部品と、
をさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
前記コリメータの下であって、前記ハウジングに配置されているビームホモジナイザと、
前記ビームホモジナイザの下であって、前記ハウジングに配置されている転向光学部品と、
をさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項3】
前記投射要素の下に配置されている１つ以上の結像光学部品をさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項4】
前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されているヒートシンクをさらに含み、
前記投射要素は、１つまたは複数の前記レーザビームの一部分を、前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されている前記ヒートシンクに向けるようにさらに構成されている、
請求項１に記載のプリントヘッド。
前記投射要素は、１つまたは複数の前記レーザビームの一部分を、前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されている前記ヒートシンクに向けるようにさらに構成されている、
請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項5】
１つ以上の前記レーザビームを生成するように構成されている複数のビームエミッタをさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項6】
前記ビームエミッタによって生成される１つ以上の前記レーザビームは、自由空間レーザビームである、
請求項１に記載のプリントヘッド。
請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項7】
前記ハウジングに配置されている２つ以上の投射要素をさらに含む、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項8】
前記統合光学部品は、投射要素に一体化されている、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項9】
粉末状ビルドマテリアルを支持するビルドプラットフォームであって、前記粉末状ビルドマテリアルは、前記ビルドプラットフォームのビルド平面を画定する、ビルドプラットフォームと、
プリントヘッドと、
を含み、
前記プリントヘッドは、
ハウジングと、
１つ以上のレーザビームを生成するように構成されているビームエミッタと、
前記ハウジングに配置されている投射要素であって、１つ以上の前記レーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている、投射要素と、
前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、
を含み、
前記プリントヘッドは、投射レーザビームの前記統合パターンを前記ビルド平面上に向け、投射レーザビームの前記統合パターンにより、前記粉末状ビルドマテリアルの一部分を前記ビルド平面で溶融するように構成されている、
付加製造装置。
プリントヘッドと、
を含み、
前記プリントヘッドは、
ハウジングと、
１つ以上のレーザビームを生成するように構成されているビームエミッタと、
前記ハウジングに配置されている投射要素であって、１つ以上の前記レーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている、投射要素と、
前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、
を含み、
前記プリントヘッドは、投射レーザビームの前記統合パターンを前記ビルド平面上に向け、投射レーザビームの前記統合パターンにより、前記粉末状ビルドマテリアルの一部分を前記ビルド平面で溶融するように構成されている、
付加製造装置。
【請求項10】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されているコリメータをさらに含み、
前記コリメータは、前記ビームエミッタに光学的に結合されている、
請求項９に記載の付加製造装置。
前記コリメータは、前記ビームエミッタに光学的に結合されている、
請求項９に記載の付加製造装置。
【請求項11】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されているビームホモジナイザをさらに含み、
前記ビームホモジナイザは、前記コリメータに光学的に結合されている、
請求項１０に記載の付加製造装置。
前記ビームホモジナイザは、前記コリメータに光学的に結合されている、
請求項１０に記載の付加製造装置。
【請求項12】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されている転向光学部品をさらに含み、
前記転向光学部品は、前記ビームホモジナイザに光学的に結合され、１つ以上の前記レーザビームを前記投射要素に向けるように構成されている、
請求項１１に記載の付加製造装置。
前記転向光学部品は、前記ビームホモジナイザに光学的に結合され、１つ以上の前記レーザビームを前記投射要素に向けるように構成されている、
請求項１１に記載の付加製造装置。
【請求項13】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されている１つ以上の結像光学部品をさらに含み、
１つ以上の前記結像光学部品は、前記投射要素に光学的に結合されている、
請求項９に記載の付加製造装置。
１つ以上の前記結像光学部品は、前記投射要素に光学的に結合されている、
請求項９に記載の付加製造装置。
【請求項14】
前記投射要素がデジタルマイクロミラー装置である、請求項９に記載の付加製造装置。
【請求項15】
前記投射要素によって投射される複数の前記投射レーザビームの前記パターンを制御するコンピューティングデバイスをさらに含む、
請求項９に記載の付加製造装置。
請求項９に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は概して、付加製造装置に関し、より具体的には、１つまたは複数のレーザビームを付加製造装置のビルド平面に送出する自己完結型プリントヘッドに関する。
【背景技術】
【0002】
付加製造装置を利用して、有機または無機粉末などのビルドマテリアルから層状にオブジェクトをビルドすることができる。付加製造法としては、例えば、レーザ粉末床溶融システムが挙げられる。いくつかの用途では、付加製造装置がファイバレーザ、コリメータ、調整可能なビーム焦点アセンブリ、およびガルバノメータ上に取り付けられたミラーをそれぞれが含む１つまたは複数のスキャナアセンブリを使用して、ビルド平面上でレーザビームを合焦および走査し、ビルド平面でビルドマテリアルを溶融または融解する。これらのスキャナアセンブリは費用がかかり、整備および維持が困難である。ビルドマテリアルの圧密速度は、追加のスキャナアセンブリを追加することによって生成される熱負荷および煤のために、わずかに増加させることができるだけである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
したがって、多数のレーザビームを操作してビルド平面でビルドマテリアルを溶融または融解させるために利用される、より経済的で自己完結型のプリントヘッドを含む付加製造装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本開示の一態様は、付加製造装置のプリントヘッドであって、ハウジングと、前記ハウジングに配置された投射要素であって、ビームエミッタによって生成された１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている投射要素と、前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、プリントヘッドを含む付加製造装置の側面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
図面に示される実施形態は本質的に例示的なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図するものではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照符号で示されている以下の図面と併せて読むと理解することができる。
【0007】
本明細書で説明される実施形態は、様々なパワーおよび／または波長の１つまたは複数の光源を含む自己完結型プリントヘッドを対象とする。本プリントヘッドは付加製造装置と併せて使用することができ、スキャナごとの従来の単一ビーム手法の代わりに、多数のレーザビームを利用して粉末状のビルドマテリアルを融合することができる。この方法は、よりエネルギ効率が良く、付加製造装置においてより少ない煤を生成する。さらに、従来のスキャナと比較して、このプロセスはより安価であり、より堅牢であり、設置前に較正することができる。加えて、プリントヘッドはモジュール式であり、追加のモジュールを追加することによって付加製造装置のビルド領域を増加させることができる。粉末を溶融させるのに十分なエネルギのみが加えられるので、煤の懸念なしに、溶接ゾーンから排出される材料を低減させて、追加のモジュールを加えることができる。このように、本プリントヘッドは、粉末状のビルドマテリアルの圧密速度を増大させ、付加製造装置によって製造され得る部品の寸法を増大させるように拡張可能である。溶接領域の粉体加工及び前後加熱のためのビームシェーピング、結合、ステアリング、及びデリバリーオプティクスは、プリントヘッド内に含まれる。
【0008】
プリントヘッドは一般に、ハウジングと、１つ以上のレーザビームを生成するためのビームエミッタと、１つ以上のレーザビームを受け取り、複数のレーザビームをパターンで投射するように構成されたハウジング内に配置された投射要素と、複数のレーザビームのパターンをレーザビームの統合パターンに統合するように構成された統合光学部品とを含む。いくつかの実施形態では、ビームエミッタがハウジング内に配置される。他の実施形態では、ビームエミッタがハウジングの外側に配置され、１つまたは複数のレーザビームをハウジングに送出する送出媒体（例えば、ファイバ）に結合されたレーザ源である。さらなる実施形態ではビームエミッタがハウジングの外側に配置されたレーザ源であり、ビームエミッタは自由空間を通して１つまたは複数のレーザビームをハウジングに送出する。本プリントヘッドは、付加製造装置のビルド平面に多数のレーザビームを照射するための装置を提供する。複数のレーザビームをビルド平面及びプリントヘッドに送出するための方法の様々な実施形態、ならびに複数のレーザビームをビルド平面及びプリントヘッドに送出するための方法の動作について、本明細書でより詳しく説明する。可能な場合は常に、同じまたは同様の部分を指すために、図面全体を通して同じ参照符号が使用される。
【0009】
特に明示的に記載されない限り、本明細書に記載される任意の方法は、そのステップが特定の順序で実行されることを必要とするものとして解釈されることも、任意の装置特定の向きを必要とするものとして解釈されることも、決して意図されない。したがって、方法クレームが実際にそのステップに従うべき順序を列挙していない場合、または任意の装置クレームが実際に個々の構成要素に対する順序または向きを列挙していない場合、またはステップが特定の順序に限定されるべきであること、または装置の構成要素に対する特定の順序または向きが列挙されていないことが、特許請求の範囲または説明において別段具体的に述べられていない場合、順序または向きがいかなる点においても推論されることは決して意図されていない。これは、ステップの配置、動作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きに関する論理の問題、文法的編成または句読点から導出される平易な意味、および本明細書に記載される実施形態の数またはタイプを含む、解釈のための任意の可能な非明示的基礎に当てはまる。
【0010】
本明細書で使用される場合、単数形「１つの」などは、文脈が明らかに別段の指示をしない限り、複数の指示対象を含む。したがって、たとえば、「１つの」構成要素への言及は文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、２つ以上のそのような構成要素を有する態様を含む。
【0011】
ここで図１を参照すると、本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態による製造装置１０が示されている。製造装置１０は、概して、ビルド領域またはビルドプラットフォーム１４、サプライプラットフォーム１６、リコートアセンブリ１８、およびプリントアセンブリ２０を含むことができる。リコートアセンブリ１８およびプリントアセンブリ２０は、製造装置１０のレール２６に結合され、第１アクチュエータアセンブリ２８の作動に応じてレール２６に沿って並進するように構成される。第１アクチュエータアセンブリ２８は、製造装置１０の作業軸３０に沿ったリコートアセンブリ１８およびプリントアセンブリ２０の独立した制御を容易にするように構成されてもよい。作業軸３０は本明細書では「長手方向軸」（すなわち、図に示すように座標軸のＸ軸に沿って延びる）とも呼ばれる。これにより、リコートアセンブリ１８及びプリントアセンブリ２０は製造装置１０の作業軸３０を同じ方向及び／又は逆方向に横断し、リコートアセンブリ１８及びプリントアセンブリ２０は、製造装置１０の作業軸３０を様々な速度及び／又は同じ速度で横断することができる。
【0012】
本明細書に記載の実施形態ではビルドプラットフォーム１４、サプライプラットフォーム１６、リコートアセンブリ１８、およびプリントアセンブリ２０は製造装置１０の作業軸３０に沿って、作業軸３０の－Ｘ方向の端部に近接して位置するプリントアセンブリ２０のホームポジション３４と、作業軸３０の＋Ｘ方向の端部に近接して位置するリコートアセンブリ１８のホームポジション３２との間に直列に配置される。実施形態では、ビルドプラットフォーム１４がプリントアセンブリ２０のホームポジション３４と、製造装置１０の作業軸３０に沿ったサプライプラットフォーム１６との間に配置される。
【0013】
実施形態では、第２アクチュエータアセンブリ３６が縦軸（すなわち、作業軸３０）に対して概ね垂直で横軸（すなわち、図に示されるような座標軸の＋／－Ｙ軸に沿って延びる）に沿ったプリントアセンブリ２０の独立制御を容易にするように構成され得る。第１アクチュエータアセンブリ２８および第２アクチュエータアセンブリ３６は一般に、プリントヘッド位置制御アセンブリと呼ばれる。すなわち、プリントヘッド位置制御アセンブリは、プリントヘッドを縦軸に沿って移動させるように構成された第１アクチュエータアセンブリ２８と、プリントヘッドを横軸に沿って移動させるように構成された第２アクチュエータアセンブリ３６とを含む。プリントヘッド位置制御アセンブリは、電子制御ユニットなどの制御装置３８によって生成されるシグナルを介して制御されてもよい。電子制御ユニットは、プロセッサと、非一時的コンピュータ可読メモリとを含み得る。
【0014】
プリントアセンブリ２０は、特徴的に、支持ブラケット４０および１つまたは複数のプリントヘッド１０４を備える。支持ブラケット４０は製造装置１０のレール２６及び第１アクチュエータアセンブリ２８に移動可能に結合され、プリントヘッド１０４は第２アクチュエータアセンブリ３６を介して支持ブラケット４０に移動可能に結合される。
【0015】
以下に説明するように、製造装置１０は製造装置１０内に配置された１つ以上のワークピース（図示せず）のビルド平面５４を、プリントヘッド１０４から放射される１つ以上の電磁放射ビーム１０６（例えば、レーザビーム）で走査するために使用される。さらに、製造装置１０は走査されたワークピースのそれぞれに１つ以上の層を付加的にプリントする（すなわち、付加製造技術を使用する）ために使用される。
【0016】
本明細書で使用するとき、用語「付加製造」又は「付加製造技術又は方法」は、マテリアルの連続層が互いに上に堆積されて、層ごとに３次元構成要素をビルドする製造工程を指す。連続する層は溶融または融解され、モノリシックまたは一体化した部品を形成する。
【0017】
いくつかの実施形態では、製造装置１０が直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）または直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）などの粉末床溶融（ＰＢＦ）技術を使用する。そのような実施形態では、ワークピースの層がビルドマテリアルまたは粉末４８の第１層をビルド平面５４に溶融または融解すること、第１層の上の粉末の第２層を溶融または融解することなどによって付加的にプリントされる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ワークピースがビルド平面５４に粉末の単一層を溶融または融解させることによって付加的にプリントされてもよい。さらに、代替実施形態では、製造装置１０が任意の他の好適な付加製造技術または工程を使用することができる。
【0018】
リコートアセンブリ１８は、ビルドプラットフォーム１４およびサプライプラットフォーム１６上への粉末４８の分配を容易にするように構築される。ビルドプラットフォーム１４はビルドプラットフォームアクチュエータ５０に結合され、製造装置１０の作業軸３０に対して、垂直方向（すなわち、図に示される座標軸の＋／－Ｚ軸に平行な方向）にビルドプラットフォーム１４を昇降させることを容易にする。ビルドプラットフォーム１４およびビルドプラットフォームアクチュエータ５０は製造装置１０の作業軸３０の下方（すなわち、図に示す座標軸の－Ｚ方向）に位置するビルド容器５２内に配置される。製造装置１０の動作中、リコートアセンブリ１８は、粉末４８がビルド平面（図示のラインで示す）５４を形成するまで、ビルド容器５２に粉末４８を充填する。次に、リコートアセンブリ１８は、ビルド平面５４を横切って粉末４８の層を広げる。次に、粉末４８の層は、電磁放射ビーム１０６を使用して、ビルド平面５４に沿って溶融又は融合されて、ワークピースの第１層を形成する。その後、ビルドプラットフォーム１４を下降させて（例えば、矢印で示すように）、リコートアセンブリ１８がビルド平面５４を横切って粉末４８の別の層を広げる。次いで、この層は、１つまたは複数のレーザビーム１０６を使用して第１層に溶融または融解されて、ワークピースの第２層などを形成することができる。
【0019】
さらに図１を参照すると、サプライプラットフォーム１６はサプライプラットフォームアクチュエータ５６に結合され、垂直方向（すなわち、図に示される座標軸の＋／－Ｚ軸に平行な方向）に製造装置１０の作業軸３０に対してサプライプラットフォーム１６を昇降させることを容易にする。サプライプラットフォーム１６およびサプライプラットフォームアクチュエータ５６は製造装置１０の作業軸３０の下方（すなわち、図に示す座標軸の－Ｚ方向）に位置するサプライ容器５８内に配置される。製造装置１０の動作中、サプライプラットフォーム１６は、粉末４８の層がサプライプラットフォーム１６からビルドプラットフォーム１４に分配された後、サプライプラットフォームアクチュエータ５６の動作によって、サプライ容器５８に対して、製造装置１０の作業軸３０に向かって上昇する。
【0020】
プリントアセンブリ２０はプリントアセンブリ２０が製造装置１０の作業軸３０に沿ってビルドプラットフォーム１４を横断するときに、ビルドプラットフォーム１４上の粉末４８の層上に１つ以上のレーザビーム１０６を向けるように構成される。概して、プリントヘッド１０４はビルド平面５４において１つまたは複数のレーザビーム１０６を生成および方向付けし、これにより、ビルドプラットフォーム１４にわたって広がる粉末４８を溶融／融解させることができる。
【0021】
示されるように、いくつかの実施形態では、それぞれのプリントヘッド１０４がビームエミッタ１０８を含む。より具体的には以下でさらに詳細に説明するように、ビームエミッタ１０８は最終的にビルド平面５４上の特定の位置に向けられる１つまたは複数のレーザビーム１０６を放出する。この点に関して、ワークピースを付加的にプリントするとき、プリントヘッド１０４は、粉末４８を溶融または融解させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部分の上でレーザビーム１０６を走査する。さらに、以下に詳述するように、それぞれのプリントヘッド１０４は放射されたレーザビーム１０６をコリメートし、合焦し、方向付けるように構成された１つまたは複数の構成要素を含むことができる。
【0022】
製造装置１０は、任意の好適な個数のプリントヘッド１０４を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、製造装置１０が１つのプリントヘッド１０４を含む。しかしながら、代替実施形態では、製造装置１０が２つのプリントヘッド１０４または３つ以上のプリントヘッド１０４を含んでもよい。多重プリントヘッド１０４は、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に沿って直線状及び／又は千鳥状を含む様々な構成で配置することができる。
【0023】
さらに図１を参照すると、製造装置１０は、第１アクチュエータアセンブリ２８、第２アクチュエータアセンブリ３６、リコートアセンブリ１８、および／またはプリントアセンブリ２０に通信可能に結合された制御装置３８をさらに含むことができる。実施形態では、制御装置３８が通信コンジット６４を介して製造装置１０に結合される。しかしながら、他の実施形態では、制御装置３８が例えば、無線接続を介してなど、様々な他の手段またはシステムを介して製造装置１０に通信可能に結合され得ることを理解されたい。電子制御ユニットとも呼ばれ得る制御装置３８は、プロセッサと、その上に記憶されたコンピュータ可読および実行可能命令を含む非一時的メモリとを備える。本明細書に記載の動作を含む、製造装置１０の任意の動作は制御装置３８のプロセッサによって実行されたときに、制御装置３８の非一時的メモリに記憶されたコンピュータ可読および実行可能命令によって実行され得る。例えば、１つまたは複数のアクチュエータは制御装置３８のプロセッサによって実行されたときに、制御装置３８の非一時的メモリに記憶されたコンピュータ可読および実行可能命令によって作動されて、プリントアセンブリ２０を動作させることができる。
【0024】
実施形態では、制御装置３８がコンピューティングデバイス６５に、任意選択的に、ネットワーク６６を介して、または有線又は無線接続点などの通信リンクを介して直接的に、さらに通信可能に結合されてもよい。コンピューティングデバイス６５はスライシングエンジンなどと同様に、ＣＡＤまたは他の関連する３次元ドラフティングおよびレンダリングシステムを実装することなどによって、製造装置１０を用いてコンポーネントをビルドするための実行可能命令を生成することなどの処理を実行するように構成され得る。
【0025】
さらに、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス６５が通信コンジット６４を介してプリントヘッド１０４に通信可能に結合され得る。したがって、コンピューティングデバイス６５は１つまたは複数のレーザビーム１０６が生成され、合焦され、ビルド平面５４にわたって走査されるように、プリントヘッド１０４の動作を制御するように構成され得る。コンピューティングデバイス６５はまた、ビーム１０６がビルド平面５４を横切って走査されるときに、プリントヘッド１０４からビルドプラットフォーム１４に対するビーム１０６の位置に関連するデータを受信する。
【0026】
上述され、図１に示される製造装置１０の構成は、本主題を例示的な使用分野に置くためにのみ提供される。したがって、本主題は、様々な付加製造技法を使用する付加製造マシンを含む、任意の方式の付加製造マシンに容易に適応可能であり得る。
【0027】
図２は、本発明の一実施形態によるプリントアセンブリ２０の一部分の斜視図である。プリントアセンブリ２０は、上述のように製造装置１０のレール２６に結合される。ここに示されるプリントアセンブリ２０の一部分は、プリントヘッド１０４である。プリントヘッド１０４は放出されたレーザビーム１０６をコリメートし、合焦し、方向付けるように構成された１つ以上の構成要素を保護するハウジング１３０を含む。さらに、煤収集システム１４０は、ハウジング１３０の外部に取り付けられ、１つまたは複数の煤収集ヘッド１４４ａ、１４４ｂにそれぞれ接続された１つまたは複数の煤収集チューブ１４２ａ、１４２ｂを含む。煤収集ヘッド１４４ａ、１４４ｂは、プリントヘッド１０４の両側に配置され、ビルド平面５４に近接して配置されて、粉末の溶融／融解中に発生する煤を収集する。煤収集ヘッド１４４ａ、１４４ｂはまた、煤を除去するが、ビルド平面５４の表面を乱されないままにする速度で、ビルド平面５４を横切るプロセスガスの層流を提供するための幾何学的特徴を含む。煤収集チューブ１４２ａ、１４２ｂは、続いて、煤をビルド平面５４から適切なフィルタまたは収集容器（図示せず）に移送する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス６５がプリントヘッド１０４に通信可能に結合され得る。したがって、コンピューティングデバイス６５は煤収集システム１４０が本明細書に記載されるように機能することができるように、プリントヘッド１０４の動作を制御するように構成され得る。
【0028】
図３は本発明によるプリントヘッド１０４の一実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド１０４は自己完結型であり、概して、放出されたレーザビーム１０６を平行にし、ビルド平面５４上に焦点を合わせるように構成された光学構成要素を含む。特に、プリントヘッド１０４はコリメータ１１０に光学的に結合された１つ以上のビームエミッタ１０８を含み、これは、統合光学部品１２４に光学的に結合された結像光学部品１２０に光学的に結合された投射要素１１６（例えば、特殊光変調器（「ＳＬＭ」））に光学的に結合された転向光学部品１１４に光学的に結合されたビームホモジナイザ１１２に光学的に結合される。いくつかの実施形態では、ビームエミッタ１０８がファイバ結合レーザダイオードである。自己完結型プリントヘッド１０４内の追加の構成要素は、投射要素１１６と光学的に結合されるエネルギ回収装置１２８を含む。ビームエミッタ１０８、コリメータ１１０、ビームホモジナイザ１１２、転向光学部品１１４、投射要素１１６、結像光学部品１２０、統合光学部品１２４、およびエネルギ回収装置１２８の各々は、適切なブラケットおよび／またはファスナ（図示せず）を使用して、ハウジング１３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング１３０は、前面１３２と、上面１３４と、裏面１３６と、底面１３８とを有する。
【0029】
ビームエミッタ１０８は概して、ハウジング１３０の上面１３４に沿って延在し、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのレーザビーム１０６を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、ビームエミッタ１０８がハウジング１３０内に配置される。他の実施形態では、ビームエミッタがハウジング１３０の外側に配置され、１つまたは複数のレーザビームをハウジングに送出する送出媒体（例えば、ファイバ）に結合されたレーザ源（図示せず）である。いくつかの実施形態では、ビームエミッタ１０８がファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、ダイレクトダイオードまたはファイバ送出ダイレクトダイオード、ラマンファイバレーザ、およびいくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の好適な種類のレーザを含むことができる。さらに、プリントヘッド１０４は単一のビームエミッタ１０８を含むものとして示され、説明されているが、プリントヘッド１０４は２つ以上のビームエミッタを含むことができる。一実施形態では例えば、プリントヘッド１０４は第１出力または波長を有する第１ビームエミッタと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタと、または実質的に同じ出力および波長を有する少なくとも２つのビームエミッタとを含み得る。さらに他の実施形態では、プリントヘッド１０４が製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の組合せのビームエミッタを含んでもよい。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス６５がプリントヘッド１０４に通信可能に結合され得る。したがって、コンピューティングデバイス６５はプリントヘッド１０４が本明細書で説明されるように機能することができるように、ビームエミッタ１０８の動作を制御するように構成され得る。
【0030】
プリントヘッド１０４の動作中、ビームエミッタ１０８は最初に、レーザビーム１０６を、ビームエミッタ１０８の遠位端に配置され、ハウジング１３０の裏面１３６に近接して位置するコリメータ１１０に送出する。コリメータ１１０は、ファイバ結合ビームエミッタ１０８によって出力された高発散レーザビームを、ファイバ結合ビームエミッタ１０８に整合されたレンズシステム（図示せず）を使用して、十分にコリメートされた平行な低発散ビームに変換するように構成される。
【0031】
コリメータ１１０によるコリメーションの後、レーザビーム１０６はラウンドガウスまたは近ガウスのエネルギ分布またはプロファイルを有し、ビームホモジナイザ１１２に送出される。ビームホモジナイザは一般に、コリメータ１１０の下に配置され、ハウジング１３０の裏側１３６にも隣接して配置される。ビームホモジナイザ１１２は、コリメートされたレーザビーム１０６のラウンドガウスプロファイルを、投射要素１１６に一致する均一なエネルギ分布を有するように変換する。言い換えれば、ビームホモジナイザ１１２による均質化の後、レーザビーム１０６は均一なエネルギ分布を有する。
【0032】
ビームホモジナイザ１１２による均質化の後、均一なエネルギ分布を有するレーザビーム１０６は、転向光学部品１１４に向けられる。転向光学部品１１４は一般に、ビームホモジナイザ１１２の下に配置され、ハウジング１３０の裏側１３６に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、転向光学部品１１４が誘電体ミラーまたはプリズムである。転向光学部品１１４は、均一なエネルギ分布を有するレーザビーム１０６を投射要素１１６に向け直す。
【0033】
均一なエネルギ分布を有するレーザビーム１０６が投射要素１１６に到達すると、投射要素１１６は、像またはラインを形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム１１８を投射する。投射要素１１６は、概して、その前面１３２と後面１３４との間でハウジング１３０の上面１３４に隣接して配置される。さらに、投射要素１１６は、転向光学部品１１４の上方に配置される。投射要素１１６は、レーザビーム１０６のエネルギによって生成される熱から投射要素１１６を冷却するための冷却要素１１７に結合される。いくつかの実施態様において、投射要素１１６は、デジタルマイクロミラー装置（「ＤＭＤ」）である。他の実施形態では、投射要素１１６が液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）プロジェクタ、液晶オンシリコン（「ＬＣＯＳ」）プロジェクタ、または他のＳＬＭである。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス６５がプリントヘッド１０４に通信可能に結合され得る。したがって、コンピューティングデバイス６５は投射要素１１６が本明細書で説明されるように機能できるように、プリントヘッド１０４の動作を制御するように構成され得る。特に、コンピューティングデバイス６５は、投射要素１１６によって投射される複数のレーザビームの模様を制御するように構成されてもよい。
【0034】
さらに、均一なエネルギ分布を有するレーザビーム１０６が投射要素１１６に到達すると、投射要素１１６は、レーザビーム１０６の一部をエネルギ回収装置１２８に向ける。エネルギ回収装置１２８は一般に、ハウジング１３０の前面１３２に隣接して配置され、投射要素１１６の下に位置する。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置１２８がヒートシンクまたは熱交換器である。エネルギ回収装置１２８は、投射要素１１６によって使用されない任意のエネルギを回収するように構成される。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置１２８によって回収されたエネルギが粉末４８の予熱または後加熱のために使用される。他の実施形態では、エネルギ回収装置１２８がエネルギ回収装置１２８によって回収されたエネルギから電力を生成し、製造装置１０内で再利用することができる光電池（図示せず）を含む。さらなる実施形態では、エネルギ回収装置１２８がエネルギ回収装置１２８によって回収されたエネルギを製造装置１０から除去するビームダンプである。
【0035】
次に、投射要素１１６によって生成された複数のレーザビーム１１８は、投射要素１１６の下に配置された結像光学部品１２０に向けられる。結像光学部品１２０は、複数のレーザビーム１１８によって形成されるパターンの倍率をレーザビーム１２２の拡大パターンに変更する透過性又は反射性要素から構成される。例えば、図４を参照すると、長方形の像平面「Ａ」を有する像を形成するためのレーザビーム１２２の拡大パターンの上面図が示されている。しかしながら、レーザビーム１２２の拡大パターンは、所望に応じて、複数の異なる形状またはサイズの像平面を有する任意の像を形成し得ることを理解されたい。
【0036】
結像光学部品１２０は、レーザビーム１２２の拡大されたパターンを統合光学部品１２４に送出する。統合光学部品１２４は、結像光学部品１２０の下に配置され、ハウジング１３０の底面１３８に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、統合光学部品１２４が円柱レンズまたは合焦回折光学部品である。統合光学部品１２４は、レーザビーム１２２の拡大パターンを、ビルド平面５４においてレーザビーム１２６の統合パターンに統合させるために使用される。例えば、図４を参照すると、線形像平面「Ｂ」を有する像を形成するためのレーザビーム１２６の統合されたパターンの上面図が示されている。しかしながら、レーザビーム１２６の統合パターンは、所望に応じて、複数の異なる形状またはサイズの像平面を有する任意の像を形成し得ることを理解されたい。したがって、プリントヘッド１０４は、粉末を溶融または融解させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部の上で、レーザビーム１２６の統合されたパターンを走査する。
【0037】
図５は本発明によるプリントヘッド２０４の別の実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド２０４は自己完結型であり、概して、１つまたは複数の放射ビーム（単数または複数）２０６ａ～２０６ｃをビルド平面５４上にコリメートおよび合焦させるように構成された光学構成要素を含む。プリントヘッド２０４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0038】
特に、プリントヘッド２０４は複数のコリメータ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃに光学的に結合された複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃを含み、これは、統合光学部品２２４に光学的に結合された結像光学部品２２０に光学的に結合された投射要素２１６（例えば、ＳＬＭ）に光学的に結合された転向光学部品２１４に光学的に結合されたビームホモジナイザ２１２に光学的に結合される。いくつかの実施形態では、ビームホモジナイザ２１２が各レーザビーム２０６ａ～２０６ｃを同様に均質化するように構成された単一のホモジナイザである。他の実施形態ではビームホモジナイザ２１２が複数のビームホモジナイザ２１２を含み、各ビームホモジナイザ２１２はレーザビーム２０６ａ～２０６ｃのそれぞれ１つを別個に均質化するように構成される。自己完結型プリントヘッド２０４内の追加の構成要素は、投射要素２１６と光学的に結合されるエネルギ回収装置２２８を含む。複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃ、複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃ、ビームホモジナイザ２１２、転向光学部品２１４、投射要素２１６、結像光学部品２２０、統合光学部品２２４、およびエネルギ回収装置２２８の各々は、適切なブラケットおよび／またはファスナ（図示せず）を使用して、ハウジング２３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング２３０は、前面２３２と、上面２３４と、裏面２３６と、底面２３８とを有する。
【0039】
複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃは、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのレーザビーム２０６ａ～２０６ｃをそれぞれ生成するように構成される。複数のビームエミッタは一般に、ハウジング２３０の上面２３４に沿って配置され、その裏面２３６に隣接して配置される。上述のプリントヘッド１０４のように、いくつかの実施形態では、ビームエミッタ２０８～２０８ｃがファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、ダイレクトダイオードまたはファイバ送出ダイレクトダイオード、ラマンファイバレーザ、いくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切なタイプのレーザを含むことができる。図５に示すように、いくつかの実施形態では、複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃが第１出力または波長を有する第１ビームエミッタ２０８ａと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタ２０８ｂと、第１および第２レーザ出力または波長とは異なる第３の出力または波長を有する第３のビームエミッタ２０８ｃとを含み得る。
【0040】
プリントヘッド２０４の動作中、複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃは、まず、複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃにそれぞれレーザビーム２０６ａ～２０６ｃを供給する。複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃは一般に、複数のビームエミッタ２０８ａ～２０８ｃの下に配置され、ハウジング２３０の裏面２３６に隣接して配置される。複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃは、ビームエミッタ２０８～２０８ｃによって出力された各高発散レーザビーム２０６ａ～２０６ｃを、レンズ系（図示せず）を使用して、十分にコリメートされた平行な低発散ビームに変換するように構成される。
【0041】
複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃによるコリメーションの後、レーザビーム２０６ａ～２０６ｃはラウンドガウスまたは近ガウスのエネルギ分布またはプロファイルを有し、ビームホモジナイザ２１２に送出される。ビームホモジナイザ２１２は一般に、複数のコリメータ２１０ａ～２１０ｃの下に配置され、ハウジング２３０の背面２３６に隣接して配置される。ビームホモジナイザ２１２は、コリメートされたビーム２０６ａ～２０６ｃの各ラウンドガウスプロファイルを変換して、投射要素２１６に一致する均一なエネルギ分布を有する。さらに、ビームホモジナイザ２１２は、各レーザビーム２０６ａ～２０６ｃを単一のレーザビーム２０６に結合する。
【0042】
ビームホモジナイザ２１２による均質化の後、均一なエネルギ分布を有する単一のレーザビーム２０６が、転向光学部品２１４に送出される。転向光学部品２１４は一般に、ビームホモジナイザ２１２の下に配置され、ハウジング２３０の裏側２３６に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、転向光学部品２１４が誘電体ミラーまたはプリズムである。転向光学部品２１４は、均一なエネルギ分布を有するレーザビーム２０６を投射要素２１６に向け直す。
【0043】
均一なエネルギ分布を有するレーザビーム２０６が投射要素２１６に到達すると、投射要素２１６は、像またはラインを形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム２１８を投射する。投射要素２１６は、概して、その前面２３２と後面２３４との間でハウジング２３０の上面２３４に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、投射要素２１６はＳＬＭである。投射要素１１６は、レーザビーム２０６のエネルギによって生成される熱から投射要素２１６を冷却するための冷却要素２１７に結合される。
【0044】
さらに、均一なエネルギ分布を有するレーザビーム２０６が投射要素２１６に到達すると、投射要素２１６は、レーザビーム２０６の一部をエネルギ回収装置２２８に向ける。エネルギ回収装置２２８は一般に、ハウジング２３０の前面２３２に隣接して配置され、投射要素２１６の下に位置する。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置２２８がヒートシンクまたは熱交換器である。エネルギ回収装置２２８は、投射要素２１６によって使用されないエネルギを回収するように構成される。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置２２８によって回収されたエネルギが粉末４８の予熱または後加熱のために使用される。他の実施形態では、エネルギ回収装置２２８がエネルギ回収装置２２８によって回収されたエネルギから電力を生成し、製造装置１０内で再利用することができる光電池（図示せず）を含む。さらなる実施形態では、エネルギ回収装置２２８がエネルギ回収装置２２８によって回収されたエネルギを製造装置１０から除去するビームダンプである。
【0045】
次に、投射要素２１６によって生成された複数のレーザビーム２１８は、投射要素２１６の下に配置された結像光学部品２２０に向けられる。結像光学部品２２０は、複数のレーザビーム２１８によって形成されるパターンの倍率をレーザビーム２２２の拡大パターンに変更する透過性又は反射性要素から構成される。例えば、レーザビーム２２２の拡大パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２２の拡大パターンと同様の像を形成することができる。
【0046】
結像光学部品２２０は、レーザビーム２２２の拡大されたパターンを統合光学部品２２４に送出する。統合光学部品２２４は一般に、結像光学部品２２０の下に配置され、ハウジング２３０の底面２３８に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、統合光学部品２２４が円柱レンズまたは合焦回折光学部品である。統合光学部品２２４は、レーザビーム２２２の拡大パターンを、ビルド平面５４においてレーザビーム２２６の統合パターンに統合させるために使用される。例えば、レーザビーム２２６の統合パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２６の統合パターンと同様の像を形成することができる。したがって、プリントヘッド２０４は、粉末を溶融または融合させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部の上で、レーザビーム２２６の統合されたパターンを走査する。
【0047】
図６は本発明によるプリントヘッド３０４のさらに別の実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド３０４は自己完結型であり、一般に、放射されたレーザビーム３０６を粉体のビルド平面５４上にコリメートし、合焦させるように構成された光学構成要素を含む。プリントヘッド３０４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0048】
特に、プリントヘッド３０４は統合光学部品３２４に光学的に結合された結像光学部品３２０に光学的に結合された投射要素３１６（例えば、ＳＬＭ）に光学的に結合されたビームホモジナイザ３１２に光学的に結合された転向光学部品３１４に光学的に結合された１つ以上のビームエミッタ３０８を含む。
【0049】
いくつかの実施形態では、ビームエミッタ３０８が、伝送媒体がガラス（例えば、光ファイバケーブル内のガラス）ではなく空気（「自由空間」）である自由空間レーザビーム３０６を生成する。そのような実施形態では、ビームエミッタ３０８が概して、ハウジング３３０の外側に配置される。自己完結型プリントヘッド３０４内の追加の構成要素は、投射要素３１６と光学的に結合されるエネルギ回収装置３２８を含む。ビームホモジナイザ３１２、転向光学部品３１４、投射要素３１６、結像光学部品３２０、統合光学部品３２４、およびエネルギ回収装置３２８の各々は、適切なブラケットおよび／またはファスナ（図示せず）を使用して、ハウジング３３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング３３０は、前面３３２と、上面３３４と、裏面３３６と、底面３３８とを有する。
【0050】
ビームエミッタ３０８は、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのコリメートレーザビーム３０６を生成するように構成される。ビームエミッタ３０８は一般に、ハウジング３３０の前面３３２に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、ビームエミッタ３０８がファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、ダイレクトダイオードまたはファイバ送出ダイレクトダイオード、ラマンファイバレーザ、いくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の好適な種類のレーザを含むことができる。さらに、プリントヘッド３０４は単一のビームエミッタ３０８を含むものとして示され、説明されているが、プリントヘッド３０４は２つ以上のビームエミッタを含むことができる。一実施形態では例えば、プリントヘッド３０４は第１出力または波長を有する第１ビームエミッタと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタと、または実質的に同じ出力および波長を有する少なくとも２つのビームエミッタとを含み得る。さらに他の実施形態では、プリントヘッド３０４が製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の組合せのビームエミッタを含んでもよい。
【0051】
プリントヘッド３０４の動作中、ビームエミッタ３０８はレンズシステム（図示せず）を使用してコリメートされる自由空間レーザビーム３０６（例えば、低発散の平行ビーム）を送信する。自由空間レーザビーム３０６は丸いガウス又は近ガウスのエネルギ分布又はプロファイルを有し、ハウジング３３０の背面３３６に隣接して配置され、ビームエミッタ３０８の下に配置された転向光学部品３１４に供給される。いくつかの実施形態では、転向光学部品３１４が誘電体ミラーまたはプリズムである。転向光学部品３１４は、ラウンドガウスまたは近ガウスエネルギ分布を有する自由空間レーザビーム３０６をビームホモジナイザ３１２に向け直す。
【0052】
ビームホモジナイザ３１２は一般に、転向光学部品３１４の上に、かつそれから離れて（例えば、ハウジング３３０の前側３３２に向かって）配置される。ビームホモジナイザ３１２は、自由空間レーザビーム３０６のラウンドガウスまたは近ガウスプロファイルを、投射要素３１６に一致する均一なエネルギ分布を有するように変換する。換言すれば、ビームホモジナイザ３１２による均質化の後、自由空間レーザビーム３０６は、均一なエネルギ分布を有する。
【0053】
ビームホモジナイザ３１２による均質化の後、均一なエネルギ分布を有する自由空間レーザビーム３０６は、投射要素３１６に向けられる。投射要素３１６は、概して、その前面３３２と背面３３４との間でハウジング３３０の上面３３４に隣接して配置され、ビームホモジナイザ３１２の上方に配置される。均一なエネルギ分布を有する自由空間レーザビーム３０６が投射要素３１６に到達すると、投射要素３１６は、像またはラインを形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム３１８を投射する。いくつかの実施形態では、投射要素３１６はＳＬＭである。投射要素３１６は、レーザビーム３０６のエネルギによって生成される熱から投射要素３１６を冷却するための冷却要素３１７に結合される。
【0054】
さらに、均一なエネルギ分布を有する自由空間レーザビーム３０６が投射要素３１６に到達すると、投射要素３１６は、レーザビーム３０６の一部をエネルギ回収装置３２８に向ける。エネルギ回収装置３２８は一般に、ハウジング３３０の前面３３２に隣接して配置され、投射要素３１６の下に位置する。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置３２８がヒートシンクまたは熱交換器である。エネルギ回収装置３２８は、投射要素３１６によって使用されない任意のエネルギを回収するように構成される。いくつかの実施形態では、エネルギ回収装置３２８によって回収されたエネルギが粉末４８の予熱または後加熱のために使用される。他の実施形態では、エネルギ回収装置３２８がエネルギ回収装置３２８によって回収されたエネルギから電力を生成し、製造装置１０内で再利用することができる光電池（図示せず）を含む。さらなる実施形態では、エネルギ回収装置３２８がエネルギ回収装置３２８によって回収されたエネルギを製造装置１０から除去するビームダンプである。
【0055】
次に、投射要素３１６によって生成された複数のレーザビーム３１８は、投射要素３１６の下に配置された結像光学部品３２０に向けられる。結像光学部品３２０は、複数のレーザビーム３１８によって形成されるパターンの倍率をレーザビーム３２２の拡大パターンに変更する透過性又は反射性要素から構成される。例えば、レーザビーム３２２の拡大パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２２の拡大パターンと同様の像を形成することができる。
【0056】
結像光学部品３２０は、レーザビーム３２２の拡大されたパターンを統合光学部品３２４に送出する。統合光学部品３２４は一般に、結像光学部品３２０の下に配置され、ハウジング３３０の底面３３８に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、統合光学部品３２４が円柱レンズまたは合焦回折光学部品である。統合光学部品３２４は、レーザビーム３２２の拡大パターンを、ビルド平面５４においてレーザビーム３２６の統合パターンに統合させるために使用される。例えば、レーザビーム３２６の統合パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２６の統合パターンと同様の像を形成することができる。したがって、プリントヘッド３０４は、粉末を溶融または融合させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部の上で、レーザビーム３２６の統合されたパターンを走査する。
【0057】
図７は本発明によるプリントヘッド４０４の別の実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド４０４は自己完結型であり、一般に、放射されたレーザビーム４０６を粉体のビルド平面５４上にコリメートし、合焦させるように構成された光学構成要素を含む。プリントヘッド４０４は上述のプリントヘッド１０４から拡張され、ビルド平面５４における総プリント領域を増大させるために、互いに隣り合って配置された２つ以上の投射要素４１６ａ、４１６ｂを含む。プリントヘッド４０４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0058】
特に、プリントヘッド４０４はコリメータ４１０に光学的に結合された１つ以上のビームエミッタ４０８を含み、これは、第１統合光学部品４２４ａに光学的に結合された第１結像光学部品４２０ａに光学的に結合された第１投射要素４１６ａ（例えば、ＳＬＭ）に光学的に結合された転向光学部品４１４に光学的に結合されたビームホモジナイザ４１２に光学的に結合されている。さらに、転向光学部品４１４は、第２統合光学部品４２４ｂに光学的に結合された第２結像光学部品４２０ｂに光学的に結合された第２投射要素４１６ｂにも光学的に結合される。第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂはそれぞれ、レーザビーム４０６の一部分をエネルギ回収装置４２８に向け直すように構成される。
【0059】
ビームエミッタ４０８、コリメータ４１０、ビームホモジナイザ４１２、転向光学部品４１４、第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂ、第１および第２結像光学部品４２０ａ、４２０ｂ、第１および第２統合光学部品４２４ａ、４２４ｂ、ならびにエネルギ回収装置４２８の各々は、適切なブラケットおよび／または留め具（図示せず）を使用して、ハウジング４３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング４３０は、前面４３２と、上面４３４と、裏面４３６と、底面４３８とを有する。
【0060】
ビームエミッタ４０８は概して、ハウジング４３０の上面４３４に沿って延在し、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのレーザビーム４０６を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、ビームエミッタ４０８がファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、ダイレクトダイオードまたはファイバ送出ダイレクトダイオード、ラマンファイバレーザ、いくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の好適な種類のレーザを含むことができる。さらに、プリントヘッド４０４は単一のビームエミッタ４０８を含むものとして示され、説明されているが、プリントヘッド４０４は２つ以上のビームエミッタを含むことができる。一実施形態では例えば、プリントヘッド４０４は第１出力または波長を有する第１ビームエミッタと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタと、または実質的に同じ出力および波長を有する少なくとも２つのビームエミッタとを含み得る。さらに他の実施形態では、プリントヘッド４０４が製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の組合せのビームエミッタを含んでもよい。
【0061】
プリントヘッド４０４の動作中、ビームエミッタ４０８、コリメータ４１０、ビームホモジナイザ４１２、転向光学部品４１４、および第１投射要素４１６ａは、上述のプリントヘッド１０４の対応する構成要素と実質的に同様に構成され、動作する。プリントヘッド４０４の転向光学部品４１４の動作は、転向光学部品４１４がレーザビーム４０６の一部を第２投射要素４１６ｂにも向けるという点で、プリントヘッド１０４の転向光学部品１１４の動作とは異なる。第２投射要素４１６ｂは、次いで、レーザビーム４０６の一部をエネルギ回収装置４２８に向けるように構成される。次に、エネルギ回収装置４２８は、エネルギ回収装置４２８が第２投射要素４１６ｂからレーザビーム４０６の一部を受け取るようにさらに構成されることを除いて、プリントヘッド１０４のエネルギ回収装置１２８と実質的に同様に構成され、動作する。
【0062】
第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂは、概して、ハウジング４３０の上面４３４に隣接して配置され、第１投射要素４１６ａはハウジング１３０の裏面４３６に向かって位置し、第２投射要素４１６ｂは第１投射要素４１６ａから離間している（すなわち、ハウジング１３０の前面４３２に向かって位置する）。さらに、第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂは、転向光学部品４１４の上方に位置する。いくつかの実施形態では、第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂはＳＬＭである。第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂはまた、それぞれ、レーザビーム４０６のエネルギによって生成される熱から第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂを冷却するために、対応する冷却要素４１７ａ、４１７ｂに結合される。
【0063】
レーザビーム４０６が第１及び第２投射要素４１６ａ、４１６ｂに到達すると、第１及び第２投射要素４１６ａ、４１６ｂのそれぞれは、像又は線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム４１８ａ、４１８ｂをそれぞれ投射する。次に、第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂによって生成された複数のレーザビーム４１８ａ、４１８ｂは、それぞれ、第１および第２投射要素４１６ａ、４１６ｂの下に配置された結像光学部品４２０ａ、４２０ｂに向けられる。結像光学部品４２０ａ、４２０ｂは、上述のプリントヘッド１０４の結像光学部品１２０と実質的に同様に構成され、動作する。したがって、結像光学部品４２０ａ、４２０ｂはそれぞれ、レーザビーム４２２ａ、４２２ｂの拡大パターンを生成する。例えば、レーザビーム４２２ａ、４２２ｂのそれぞれの拡大パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２２の拡大パターンと同様の像を形成することができる。
【0064】
結像光学部品４２０ａ、４２０ｂは、その後、レーザビーム４２２ａ、４２２ｂの拡大されたパターンを、対応する統合光学部品４２４ａ、４２４ｂに送出する。統合光学部品４２４ａ、４２４ｂは、上述のプリントヘッド１０４の統合光学部品１２４と実質的に同様の方法で構成され、動作する。したがって、統合光学部品４２４ａ、４２４ｂはそれぞれ、レーザビーム４２６ａ、４２６ｂのそれぞれの統合パターンを生成する。例えば、レーザビーム４２６ａ、４２６ｂの各々の統合パターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２６の統合パターンと同様の像を形成することができる。したがって、プリントヘッド４０４は、粉末を溶融または融解させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部分の上で、レーザビーム４２６ａ、４２６ｂの統合された模様を走査する。この点に関して、拡張プリントヘッド４０４は、上述の個々のプリントヘッド１０４の総プリント領域と比較して、ビルド平面５４における総プリント領域を増大させる。
【0065】
図８は本発明によるプリントヘッド５０４のさらに別の実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド５０４は自己完結型であり、一般に、放射されたビームを粉体のビルド平面５４上にコリメートし、合焦させるように構成された光学構成要素を含む。プリントヘッド５０４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0066】
特に、プリントヘッド５０４は１つ以上の制御線５０６（例えば、ファイバ）を介してレーザビームを供給する１つ以上のビームエミッタ５０８を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のビームエミッタ５０８がファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、直接ダイオードまたはファイバ送出直接ダイオード、ラマンファイバレーザ、およびいくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切なタイプのレーザを含むことができる。１つ以上の制御線５０６はそれぞれ、レーザビームを投射要素５１６（例えば、レーザダイオードアレイ）に向ける。投射要素またはレーザダイオードアレイ５１６は複数のプリントヘッド５１８から構成され、それぞれのプリントヘッド５１８は１つまたは複数の制御線５０６のうちの１つと光学的に結合されて、そこからレーザビームを受け取る。他の実施形態では、１つ以上のビームエミッタ５０８が１つ以上の制御線５０６を介して電力を供給する電源である。１つ以上の制御線５０６は、各々、レーザダイオードアレイ５１６の複数のプリントヘッド５１８に電力を導く。
【0067】
プリントヘッド５０４内に含まれる追加の構成要素は、レーザダイオードアレイ５１６の上部に取り付けられた熱交換器またはヒートシンク５１７と、レーザダイオードアレイ５１６の下に配置された統合光学部品５２４とを含む。１つまたは複数のビームエミッタ５０８、１つまたは複数の制御線５０６、レーザダイオードアレイ５１６、ヒートシンク５１７、および統合光学部品５２４の各々は、ハウジング５３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング５３０は、前面５３２と、上面５３４と、裏面５３６と、底面５３８とを有する。
【0068】
図８に示すレーザダイオードアレイ５１６では、３つのプリントヘッド５１８しか見ることができない。しかしながら、レーザダイオードアレイ５１６は追加の３つのプリントヘッド５１８を含み、それらは視界から見えないことに留意されたい。この点に関して、以下の説明は、３つの視認可能なプリントヘッド５１８に関するレーザダイオードアレイの構成および動作を説明する。しかしながら、視界から見えない３つのプリントヘッド５１８は、実質的に同様の方法で動作することを理解されたい。レーザダイオードアレイ５１６は一般に、ハウジング５３０の表側及び裏側５３６との間に配置され、ハウジング５３０の底面５３８に隣接して配置される。
【0069】
ビームエミッタ５０８は、概して、ハウジング５３０の前面５３２に隣接して配置され、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのレーザビーム（複数可）（図示せず）を生成するように構成される。プリントヘッド５０４は単一のビームエミッタ５０８を含むものとして示され、説明されているが、プリントヘッド５０４は２つ以上のビームエミッタを含み得る。一実施形態では例えば、プリントヘッド５０４は第１出力または波長を有する第１ビームエミッタと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタと、または実質的に同じ出力および波長を有する少なくとも２つのビームエミッタとを含み得る。さらに他の実施形態では、プリントヘッド５０４が製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の組合せのビームエミッタを含んでもよい。
【0070】
プリントヘッド５０４の動作中、ビームエミッタ５０８はまず、１つまたは複数の制御線５０６の各々を通してレーザダイオードアレイ５１６にレーザビームを送出し、その結果、各プリントヘッド５１８は、１つまたは複数の制御線５０６のうちの１つと光学的に結合される。他の実施形態ではビームエミッタ５０８が最初に、１つまたは複数の制御線５０６の各々を通してレーザダイオードアレイ５１６に電力を送出し、その結果、各プリントヘッド５１８は電気的に給電される。１つ以上の制御線５０６がレーザビーム（又は出力）をレーザダイオードアレイ５１６の各プリントヘッド５１８に送出すると、各プリントヘッド５１８は、像又は線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を投射する。さらに、レーザダイオードアレイ５１６は、レーザビームの一部分をヒートシンク５１７に向ける。ヒートシンク５１７は、レーザダイオードアレイ５１６によって使用されない任意のエネルギを回収するように構成される。さらに、ヒートシンク５１７は、１つまたは複数の制御線５０６を通って送出されるレーザビーム（または電力）のエネルギによって生成される熱からレーザダイオードアレイ５１６を冷却するための冷却要素として作用する。
【0071】
それぞれのプリントヘッド５１８は、続いて、像または線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を統合光学部品５２４に送出する。統合光学部品５２４は、レーザダイオードアレイ５１６の下に配置され、ハウジング５３０の底面５３８に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、統合光学部品５２４が円柱レンズまたは合焦回折光学部品である。統合光学部品５２４は、プリントヘッド５１８の各々によって生成され、ビルド平面５４においてレーザビーム５２６の統合パターンに像又は線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を統合させるために使用される。例えば、レーザビーム５２６のそれぞれの統合されたパターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２６の統合されたパターンと同様の像を形成することができる。したがって、プリントヘッド５０４は、粉末を溶融または融解させてワークピースのレイヤを形成することを望むビルド平面５４の一部分の上で、レーザビーム５２６の統合されたパターンを走査する。
【0072】
図９は本発明によるプリントヘッド６０４のさらに別の実施形態の断面側面図であり、プリントヘッド６０４は自己完結型であり、一般に、放射されたビーム（図示せず）を粉末のビルド平面５４上にコリメートし、合焦させるように構成された光学構成要素を含む。プリントヘッド６０４は上述のプリントヘッド５０４から拡張され、ビルド平面５４における総プリント領域を増大させるために、より大きな投射要素またはレーザダイオードアレイ５１６を含む。プリントヘッド６０４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0073】
特に、プリントヘッド６０４は１つ以上の制御線６０６（例えば、ファイバ）を介してレーザビームを供給する１つ以上のビームエミッタ６０８を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のビームエミッタ６０８がファイバレーザまたはファイバ送出レーザ、直接ダイオードまたはファイバ送出直接ダイオード、ラマンファイバレーザ、およびいくつかの実施形態ではイットリウムベースのソリッドステートレーザまたはＣＯ２レーザなど、製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の適切なタイプのレーザを含むことができる。１つ以上の制御線６０６はそれぞれ、レーザビームを投射要素６１６（例えば、レーザダイオードアレイ）に向ける。投射要素またはレーザダイオードアレイ６１６は複数のプリントヘッド６１８から構成され、それぞれのプリントヘッド６１８は１つまたは複数の制御線６０６のうちの１つと光学的に結合されて、そこからレーザビームを受け取る。他の実施形態では、１つ以上のビームエミッタ６０８が１つ以上の制御線６０６を介して電力を供給する電源である。１つ以上の制御線６０６は、各々、レーザダイオードアレイ６１６の複数のプリントヘッド６１８に電力を導く。
【0074】
プリントヘッド６０４内に含まれる追加の構成要素は、レーザダイオードアレイ６１６の上部に取り付けられた熱交換器またはヒートシンク６１７と、レーザダイオードアレイ６１６の下に配置された統合光学部品６２４とを含む。１つまたは複数のビームエミッタ６０８、１つまたは複数の制御線６０６、レーザダイオードアレイ６１６、ヒートシンク６１７、および統合光学部品６２４の各々は、ハウジング６３０内に少なくとも部分的に取り付けられる。ハウジング６３０は、前面６３２と、上面６３４と、裏面６３６と、底面６３８とを有する。
【0075】
図９に示すレーザダイオードアレイ６１６では、複数のプリントヘッド６１８のうちの６つのプリントヘッドのみが見られ得る。しかしながら、レーザダイオードアレイ６１６は複数のプリントヘッド６１８を構成し、視界から見えない追加の６つのプリントヘッドを含むことに留意されたい。この点に関して、以下の説明は、複数のプリントヘッド６１８の６つの視認可能なプリントヘッドに関するレーザダイオードアレイの構成および動作を説明する。しかしながら、視界から見えない複数のプリントヘッド６１８の６つのプリントヘッドは、実質的に同様の方法で動作することを理解されたい。レーザダイオードアレイ６１６は一般に、ハウジング６３０の表側と裏側６３６との間に配置され、ハウジング６３０の底面６３８に隣接して配置される。
【0076】
ビームエミッタ６０８は、概して、ハウジング６３０の前面６３２に隣接して配置され、ビルド平面５４で粉末を少なくとも部分的に溶融するのに十分なエネルギのレーザビーム（複数可）（図示せず）を生成するように構成される。プリントヘッド６０４は単一のビームエミッタ６０８を含むものとして示され、説明されているが、プリントヘッド６０４は２つ以上のビームエミッタを含み得る。一実施形態では例えば、プリントヘッド６０４は第１出力または波長を有する第１ビームエミッタと、第１レーザ出力または波長とは異なる第２出力または波長を有する第２ビームエミッタと、または実質的に同じ出力および波長を有する少なくとも２つのビームエミッタとを含み得る。さらに他の実施形態では、プリントヘッド６０４が製造装置１０が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の組合せのビームエミッタを含んでもよい。
【0077】
プリントヘッド６０４の動作中、ビームエミッタ６０８はまず、１つまたは複数の制御線６０６の各々を通してレーザダイオードアレイ６１６にレーザビームを送出し、その結果、各プリントヘッド６１８は、１つまたは複数の制御線６０６のうちの１つと光学的に結合される。他の実施形態ではビームエミッタ６０８が最初に、１つまたは複数の制御線６０６の各々を通してレーザダイオードアレイ６１６に電力を送出し、その結果、各プリントヘッド６１８は電気的に給電される。１つ以上の制御線６０６がレーザビーム（又は出力）をレーザダイオードアレイ６１６の各プリントヘッド６１８に送出すると、各プリントヘッド６１８は、像又は線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を投射する。さらに、レーザダイオードアレイ６１６は、レーザビームの一部をヒートシンク６１７に向ける。ヒートシンク６１７は、レーザダイオードアレイ６１６によって使用されない任意のエネルギを回収するように構成される。さらに、ヒートシンク６１７は、１つまたは複数の制御線６０６を通って送出されるレーザビーム（または電力）のエネルギによって生成される熱からレーザダイオードアレイ６１６を冷却するための冷却要素として作用する。
【0078】
それぞれのプリントヘッド６１８は、続いて、像または線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を統合光学部品６２４に送出する。統合光学部品６２４は、レーザダイオードアレイ６１６の下に配置され、ハウジング６３０の底面６３８に隣接して配置される。いくつかの実施形態では、統合光学部品６２４が円柱レンズまたは合焦回折光学部品である。統合光学部品６２４は、プリントヘッド６１８の各々によって生成され、ビルド平面５４においてレーザビーム６２６の統合パターンに像又は線を形成するレーザ光のパターンを有する複数のレーザビーム（図示せず）を統合させるために使用される。例えば、レーザビーム６２６のそれぞれの統合されたパターンは、プリントヘッド１０４（図３）に関して上述したレーザビーム１２６の統合されたパターンと同様の像を形成することができる。したがって、プリントヘッド６０４は、粉末を溶融または融合させてワークピースのレイヤを形成することが望まれるビルド平面５４の一部の上で、レーザビーム６２６の統合されたパターンを走査する。この点に関して、拡張プリントヘッド６０４は、上述の個々のプリントヘッド５０４の総プリント領域と比較して、ビルド平面５４における総プリント領域を増大させる。
【0079】
図１０は、本発明によるプリントヘッド７１４の別の実施形態の断面側面図である。プリントヘッド７１４は、図３に示すプリントヘッド１０４と同様である。したがって、同様の数字は、同様の図を指すために使用される。プリントヘッド７１４は、上述のプリントヘッド１０４と実質的に同様の方法で製造装置１０と併せて使用することができることを理解されたい。
【0080】
プリントヘッド７１４は自己完結型であり、一般に、放出されたビーム１０６をコリメートし、ビルド平面５４上に合焦させるように構成された光学構成要素を含む。特に、プリントヘッド７１４は、ビームホモジナイザ７１２に光学的に結合されたコリメータ１１０に光学的に結合された１つ以上のビームエミッタ１０８を含む。ビームホモジナイザ７１２は、送出光学部品を含むことができる。ビームホモジナイザ７１２は結像光学部品７２０に光学的に結合される投射要素７１６（例えば、ＳＬＭ）に光学的に結合される転向光学部品１１４に光学的に結合される。プリントヘッド７１４は例えば、図３に示されるように、別個の統合光学部品１２４を含まなくてもよい。代わりに、統合要素は、投射要素７１６に一体化されてもよい。いくつかの実施形態では、投射要素７１６がＬＣＯＳ装置であり得る。
【0081】
図１１は図１～図３に示すように、製造装置１０のビルド平面に複数のレーザビームを送出する方法７００の流れ図である。方法７００は、ステップ７０２において、１つまたは複数のビームエミッタ１０８を使用して１つまたは複数のレーザビーム１０６を生成することを含む。方法７００はステップ７０４において、プリントヘッド１０４のハウジング１３０内の投射要素１１６においてレーザビーム１０６を受け取り、投射要素１１６を使用して複数のレーザビーム１１８を投射することをさらに含む。方法７００はまた、ステップ７０６において、プリントヘッド１０４のハウジング１３０内の統合光学部品１２４を使用して、複数のレーザビーム１１８をレーザビーム１２６の統合パターンに統合するステップを含む。方法４００は、ステップ７０８において、統合光学部品１２４を使用して、レーザビーム１２６の統合パターンを製造装置１０のビルド平面５４に向けることをさらに含む。
【0082】
上記から、本明細書で定義されるのは、様々なパワーおよび波長の１つまたは複数の光源を含む自己完結型プリントヘッドであることを理解されたい。本プリントヘッドはマルチレーザビームを利用して、従来のスキャナごとの単一ビーム手法の代わりに、粉末状のビルドマテリアルを融合する。この方法は、付加製造装置において、より少ない煤およびより大きなエネルギ効率を生成する。さらに、従来のスキャナと比較して、このプロセスはより安価であり、より堅牢であり、設置前に較正することができる。加えて、プリントヘッドはモジュール式であり、その結果、付加製造装置のビルド領域は、煤および排熱の問題なしに、追加のモジュールを追加することによって増大させることができる。このように、本プリントヘッドは、粉末状のビルドマテリアルの圧密速度を増大させ、付加製造装置によって製造され得る部品の寸法を増大させるように拡張可能である。溶接領域の粉体加工及び前後加熱のためのビームシェーピング、結合、ステアリング、及びデリバリーオプティクスは、プリントヘッド内に含まれる。
【0083】
本明細書に記載される実施形態のさらなる態様は、以下の主題によって提供される。
【0084】
ハウジングと、前記ハウジングに配置された投射要素であって、ビームエミッタによって生成された１つ以上のレーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている投射要素と、前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、を含む、付加製造装置のプリントヘッド：
【0085】
前記ビームエミッタの遠位端であって、前記ハウジングに配置されているコリメータと、前記コリメータの下であって、前記ハウジングに配置されているビームホモジナイザと、前記ビームホモジナイザの下であって、前記ハウジングに配置されている転向光学部品と、をさらに含む、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0086】
前記投射要素の下に配置されている１つ以上の結像光学部品をさらに含む、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0087】
前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されているヒートシンクをさらに含み、前記投射要素は、１つまたは複数の前記レーザビームの一部分を、前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されている前記ヒートシンクに向けるようにさらに構成されている、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0088】
１つ以上の前記レーザビームを生成するように構成されている複数のビームエミッタをさらに含む、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0089】
前記ビームエミッタによって生成される１つ以上の前記レーザビームは、自由空間レーザビームである、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0090】
前記ハウジングに配置されている２つ以上の投射要素をさらに含む、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0091】
前記統合光学部品は、投射要素に一体化されている、先行するいずれかのプリントヘッド。
【0092】
粉末状ビルドマテリアルを支持するビルドプラットフォームであって、前記粉末状ビルドマテリアルは、前記ビルドプラットフォームのビルド平面を画定する、ビルドプラットフォームと、プリントヘッドと、を含み、前記プリントヘッドは、ハウジングと、１つ以上のレーザビームを生成するように構成されているビームエミッタと、前記ハウジングに配置されている投射要素であって、１つ以上の前記レーザビームを受け取り、複数の投射レーザビームをパターンで投射するように構成されている、投射要素と、前記ハウジングに配置され、前記投射要素の下に配置されている統合光学部品であって、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合するように構成されている、統合光学部品と、を含み、前記プリントヘッドは、投射レーザビームの前記統合パターンを前記ビルド平面上に向け、投射レーザビームの前記統合パターンにより、前記粉末状ビルドマテリアルの一部分を前記ビルド平面で溶融するように構成されている、付加製造装置。
【0093】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されているコリメータをさらに含み、前記コリメータは、前記ビームエミッタに光学的に結合されている、先行するいずれかの付加製造装置。
【0094】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されているビームホモジナイザをさらに含み、前記ビームホモジナイザは、前記コリメータに光学的に結合されている、先行するいずれかの付加製造装置。
【0095】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されている転向光学部品をさらに含み、前記転向光学部品は、前記ビームホモジナイザに光学的に結合され、１つ以上の前記レーザビームを前記投射要素に向けるように構成されている、先行するいずれかの付加製造装置。
【0096】
前記プリントヘッドは前記ハウジングに配置されている１つ以上の結像光学部品をさらに含み、１つ以上の前記結像光学部品は、前記投射要素に光学的に結合されている、先行するいずれかの付加製造装置。
【0097】
前記投射要素がデジタルマイクロミラー装置である、先行するいずれかの付加製造装置。
【0098】
前記投射要素によって投射される複数の前記投射レーザビームの前記パターンを制御するコンピューティングデバイスをさらに含む、先行するいずれかの付加製造装置。
【0099】
前記プリントヘッドの前記ハウジングの外側に取り付けられている煤収集システムをさらに含む、先行するいずれかの付加製造装置。
【0100】
付加製造装置のビルド平面上に複数のレーザビームを送出するレーザビーム送出方法であって、ビームエミッタにより１つ以上のレーザビームを生成し、プリントヘッドのハウジングに配置されている投射要素で１つ以上の前記レーザビームを受け取り、前記投射要素により、パターンで複数の投射レーザビームを投射し、前記ハウジングに配置されている統合光学部品により、複数の前記投射レーザビームの前記パターンを投射レーザビームの統合パターンに統合し、投射レーザビームの前記統合パターンを前記ビルド平面に向ける、レーザビーム送出方法。
【0101】
ラウンドガウスエネルギ分布を有するように１つ以上の前記レーザビームをコリメートし、均一なエネルギ分布を有するように１つ以上の前記レーザビームを均質化し、前記均一なエネルギ分布を有する１つ以上の前記レーザビームを前記投射要素に向け直す、ことをさらに含む、先行するいずれかのレーザビーム送出方法。
【0102】
前記投射要素によって投射された複数の前記投射レーザビームの前記パターンを拡大し、拡大された前記パターンを前記統合光学部品に向ける、ことをさらに含む、先行するいずれかのレーザビーム送出方法。
【0103】
前記投射要素により、１つ以上の前記レーザビームの一部分をヒートシンクに向けることをさらに含み、前記ヒートシンクが、前記プリントヘッドの前記ハウジングに配置されている、先行するいずれかのレーザビーム送出方法。
【0104】
特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正および変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、そのような修正および変形が添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入ることを条件として、本明細書に記載される様々な実施形態の修正および変形を包含することが意図される。
【0105】
（関連出願の相互参照）
【0106】
本明細書は２０２３年５月１０日に出願され、「付加製造装置のためのプリントモジュール」と題された米国仮特許出願第６３／４６５，３８８号の利益を主張し、その全体が本明細書に参考として援用される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【外国語明細書】