特許 7127896 選択的なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を露光制御するための方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】選択的なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を露光制御するための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20220823BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220823BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220823BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20220823BHJP

   B22F 12/45 20210101ALI20220823BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20220823BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20220823BHJP

   B22F 10/85 20210101ALI20220823BHJP

   B29C 64/153 20170101ALN20220823BHJP

   B29C 64/268 20170101ALN20220823BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALN20220823BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F10/28

B22F12/45

B22F3/16

B22F12/90

B22F10/85

B29C64/153

B29C64/268

B33Y10/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021070165

(22)【出願日】2021-04-19

(62)【分割の表示】P 2019104310の分割

【原出願日】2015-11-05

(65)【公開番号】P2021112916

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2021-04-19

(31)【優先権主張番号】102014016679.1

(32)【優先日】2014-11-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】506154834

【氏名又は名称】ツェーエル・シュッツレヒツフェアヴァルトゥングス・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】ヘルツォーク・フランク

(72)【発明者】

【氏名】ベックマン・フローリアーン

(72)【発明者】

【氏名】ツォイルナー・ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】リッペルト・マルクス

(72)【発明者】

【氏名】タラソフ・アレクセイ

(72)【発明者】

【氏名】ヴィンドフェルダー・ヨハンナ

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１４４４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６５０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２２Ｆ １０／２８

Ｂ２２Ｆ １２／４５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ １２／９０

Ｂ２２Ｆ １０／８５

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ３３Ｙ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元的な物体を付加的に製造する方法であって、
第１の照射時間及び／又は第２の照射時間に少なくとも部分的に基づいて、第１の領域と第２の領域との間における構造材料の複数の連続する層のそれぞれの照射を割り当て、
前記第１の領域の照射は第１のスキャナに割り当てられ、前記第１の照射時間は、前記第１のスキャナが前記構造材料の複数の連続する層のうちの少なくとも１つに関して前記第１の領域を照射するのに必要な時間を示し、
前記第２の領域の照射は第２のスキャナに割り当てられ、前記第２の照射時間は、前記第２のスキャナが前記構造材料の複数の連続する層のうちの少なくとも１つに関して前記第２の領域を照射するのに必要な時間を示し、
前記第１の照射時間及び前記第２の照射時間は少なくともほぼ同一であり、
電子的な捕捉ユニットを少なくとも部分的に使用して、前記第１のスキャナによる照射および前記第２のスキャナによる照射をそれぞれ捕捉することにより、前記第１の照射時間及び前記第２の照射時間を決定し、
前記第１の照射時間と前記第２の照射時間との比較を判定し、
前記第１の照射時間と前記第２の照射時間との比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層のうちの１つ又は複数の後続の層への照射を新たに割り当てる、方法。

【請求項2】

前記第１の領域の第１の表面範囲及び／又は前記第２の領域の第２の表面範囲に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の表面範囲及び前記第２の表面範囲が少なくともほぼ同一の大きさであるように、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれの照射を割り当てる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の照射時間及び／又は前記第２の照射時間に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の照射時間と前記第２の照射時間とが互いに一致するように、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層の１又は複数の後続の層への照射を割り当て、
前記第１の照射時間は、前記第１のスキャナが、前記構造材料の複数の連続する層のうちの１つ又は複数の先行する層に関して前記第１の領域を照射するのに必要な時間を示し、
前記第２の照射時間は、前記第２のスキャナが、前記構造材料の複数の連続する層のうちの１つ又は複数の先行する層に関して前記第２の領域を照射するのに必要な時間を示す、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記電子的な捕捉ユニットは、センサ要素又は光学的なスイッチを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

電子的な比較装置を少なくとも部分的に使用して、前記第１の照射時間を前記第２の照射時間と比較する、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記構造材料の複数の連続する層のうちの１つ又は複数の後続の層について、前記第１の照射時間は前記第２の照射時間と一致し、前記第１の領域と前記第２の領域とは少なくともほぼ同一の表面範囲を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の領域が上部スキャンフィールドに配置され、前記第２の領域が下部スキャンフィールドに配置され、境界が前記第１の領域を前記第２の領域から区分けし、及び／又は前記境界が前記上部スキャンフィールドを前記下部スキャンフィールドから区分けする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれについて、前記第１の照射時間と前記第２の照射時間とが少なくともほぼ同一となるように、前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれを照射した後、前記境界を動的に調整する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のスキャナ及び／又は前記第２のスキャナからの読み取り可能な制御データに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれの照射を割り当てる、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の領域を前記第２の領域から区分けする境界の位置を少なくとも部分的に決定することによって、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれの照射を割り当てる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の領域の第１の表面範囲と前記第２の領域の第２の表面範囲とが少なくともほぼ同一の大きさとなるように、前記第１の領域と前記第２の領域との間における前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれの照射を割り当てる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

操作者からの入力を受けて前記境界の位置を決定する、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記構造材料の複数の連続する層のそれぞれの少なくともいくつかに対応するインクリメンタルステップにおいて前記境界の位置を調整する、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部分の、三次元的な物体を製造するための選択的なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を露光制御するための方法に関するものである。さらに、本発明は、請求項９による、方法を実行するための装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来技術として、三次元的な物体を構造材料の選択的な照射によって製造することが可能なレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置を複数のスキャナによって実行することが特許文献１から知られている。スキャナは、構造フィールドの上方に配置されているとともに、固定されているか、又は可動に、すなわち構造フィールド範囲の上方で部分的に走行可能に配置されることが可能である。

【0003】

このような多重スキャン設備においては、構造フィールドの各部分に別々のスキャナが割り当てられているか、又はこれらスキャナが、少なくとも部分的にも、露光の手間が時間に関して又は平面に関して、対応してよりわずかに露光させるべき隣接する構造フィールド部分における露光の手間よりも大幅に大きい場合に当該他のスキャナに割り当てられた構造フィールド範囲の露光時に他のスキャナを支持するために、この他のスキャナに割り当てられている構造フィールド部分を露光させることが可能であるように設けられているか、若しくは形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４００５９１６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の基礎をなす課題は、構造工程の最適化と、特に対象について必要な構造時間の短縮とを可能にする方法及びこの方法を実行するための装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題は、請求項１の特徴の組合せによって解決され、方法の有利な発展形成は従属請求項２～８にある。

【0007】

本発明による方法に従って、まず、それぞれ個々のスキャナの照射時間及び／又はこの個々のスキャナによって捕捉される照射面が第１のステップにおいて個別に補足されメモリされる。照射時間の捕捉は、例えば放射源からの放射エネルギーを通過させるシャッタの開口信号によって検出されることができるが、他の捕捉可能性、スキャナの起動時に電子的にメモリされることが可能な時間信号が提供される例えば感光性の要素又はこれに類するものも考えられる。

【0008】

照射面の捕捉は、所定の期間における照射画像の捕捉によって写真技術的に、又は検出された照射時間及びスキャナ偏差に頼ることによって、同様に異なる態様で行うことができ、その結果、照射された構造フィールド部分がその照射された大きさに関して算出されることが可能である。

【0009】

第２のステップでは、補足され、メモリされた照射時間の値及び照射面の値が互いに電子的に比較される。このことは、対応する適切なプロセッサ又はコンピュータ内に統合された比較装置によって行われる。

【0010】

照射時間又は照射面が互いに異なることが確認されると、次の層又は次の層部分のために、それぞれ個々のスキャナのための照射時間ができる限り近似し、及び／又はそれぞれ個々のスキャナの照射面が互いにできる限り一致するように、それぞれ個々のスキャナによって照射されるべき粉体層の表面範囲の新たな分割が設定される。

【0011】

この方法は、構造プロセス中に変化する照射幾何形状に対して迅速かつ適当に反応されることができるように反復的に、すなわち繰り返し行われる。スキャンフィールドの分割は、それぞれ１つ又は複数の層の固化後に、後続の各照射通過において、各スキャナのために生じる露光時間が少なくともほぼ同一であるように適合される。操作者が、構造過程の開始前に、スキャナの読み取り可能な制御データに基づき、各スキャナのためのスキャンフィールドの大きさの予備調整を行うことが可能である。当然、操作者が、構造工程中にほぼ手動でスキャン符号の反復的な一致、及び例えば熱的な理由又はこれに類するものに基づき意図的にスキャンフィールドの変位に介入することも可能である。

【0012】

本発明による方法が「混合方法」として実行可能であること、すなわち例えば照射時間及び照射面が測定され、例えば本発明による一致を達成するために第２のスキャナの照射面と比較される第１のスキャナの照射時間に基づき、この第１のスキャナによって照射される面が推定されることが提案される。

【0013】

２つのスキャナのスキャンフィールドの間の境界は直線であり得る。ただし、構造フィールドの上方で２つより多くのスキャナが用いられていれば、スキャンフィールド間の他の境界経過も選択することが有利であり得る。

【0014】

全てのスキャナについて照射時間及び／又は照射面の比較によりスキャンフィールド境界の変位が生じなければ、表面上の縞模様の形成を防止するために、スキャンフィールド間の境界を変動させることが非常に有利である。

【0015】

本発明による制御は、異なるスキャナのスキャンフィールド間の境界を最適に調整するものである。溶融面及び位置の変更が構造過程全体を越えて大きく層から層へ、しかし多くの場合比較的小さいことによって、制御は、スキャンフィールド境界の小さなインクリメンタルな適合によって、構造時間が構造過程全体を越えて理論的な最小値へ近似されることができるようになっている。

【0016】

本発明を図面における有利な実施例に基づいて詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】方法を実行するための装置の本質的な構成要素の概略的な図である。

【図2】スキャンフィールド適合のための図示であり、図２ａには（第１の）層ｎが図示され、図２ｂには別の層ｎ＋１が図示され、図２ｃには層ｎ＋２が図示されている。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１に図示された装置１は、本質的な構成要素としてプロセスチャンバ２を含んでおり、このプロセスチャンバ内には、高さ調整可能な構造プラットフォーム４を有する構造コンテナ３が配置されている。構造プラットフォーム４の上方にはコーティング装置５が配置されており、このコーティング装置によって、配量チャンバ７からの構造材料６が、構造コンテナ３の範囲において、薄い層の形態で塗布されることが可能である。構造コンテナ３の上方では、プロセスチャンバ２内に複数のスキャナ８ａ，８ｂが配置されており、これらスキャナによって、構造材料層１１を選択的に固化させるために、放射源１０のレーザの形態の放射９がプロセス制御されて構造材料層１１へ向けられている。

【0019】

装置の上記構成要素は本発明にとって本質的な構成要素のみであり、当然、このようなレーザ焼結設備又はレーザ溶融設備は、本発明の範囲では説明する必要がない多数の別の構成要素を含んでいる。

【0020】

さらに、装置は電子的な捕捉ユニット２０を備えており、この電子的な捕捉ユニットを介して、各スキャナ８についての照射時間及び／又は放射ステップにおいてスキャナ８によって捕捉される照射面が個別に捕捉されることができるとともに、電子的なメモリ２１にメモリされることが可能である。

【0021】

メモリ２１には電子的な比較装置２２が接続されており、この比較装置によって、個々のスキャナ８のメモリされた照射時間の値を互いに比較することができる。比較装置２２にはプロセス装置２３が接続されており、このプロセス装置は、個々のスキャナ８の照射時間の値が異なる場合に、それぞれ個々のスキャナ８の照射時間（又は照射面）が平面に関してできる限り一致されているように、それぞれ個々のスキャナ８によって露光されるべき表面範囲の新たな設定が演算される。

【0022】

さらに、図１には、ディスプレイ２６を有する入力装置２５が更に図示されており、この入力装置を介して、操作者がレーザ焼結装置又はレーザ溶融装置１の構造プロセスに介入することが可能である。

【0023】

図示の実施例では、放射源１０の放射９がビームスプリッタ１５を介してガイドされ、スキャナ８ａ，８ｂへ至るように、そこからプロセスチャンバ２の上部範囲におけるウィンドウ１６を貫通することが見て取れる。

【0024】

捕捉ユニット２０は、スキャナ又はこれらの手前に接続された光学的なスイッチ（シャッタ）において、複数のセンサ要素を含んでおり、これらセンサ要素は、スキャナ８の照射時間を捕捉するとともに、比較されるべき照射時間の値Ｔ１及びＴ２としてメモリ２１内に保存する。これらの値は、プロセッサによってスキャナの作動最適化を可能とするために、比較装置２２において互いに比較される。

【0025】

一方で、照射時間の捕捉が照射面の捕捉によって置換又は補足され得ること、並びに電子的なシステムのメモリ及び比較部が装置を動作させるためのものであることができるとともにコンピュータ又はプロセッサに統合されることが可能であることは、当業者にとって周知である。

【0026】

図２ａ～図２ｃには、個々のスキャナ８ａ，８ｂに関するスキャンフィールド３１，３２あるいは照射面の最適化がどのように最適化されるかが詳細に示されている。

【0027】

まず、図２ａには、スキャンフィールド３２の溶融されるべき面がスキャンフィールド３１の溶融されるべき面よりも大きい状態が図示されている。この理由により、スキャンフィールド３１とスキャンフィールド３２の間の境界３０が下方へ変位することが合目的であり、その結果、図２ｂによる次の層ｎ＋１において既にスキャンフィールド３１，３２の近似が行われている。

【0028】

この過程は、実際にスキャンフィールド３１，３２が同一の大きさとなるまで、すなわち露光時間ｔＡ，ｔＢが互いに一致するまで繰り返され、その結果、両スキャナ８ａ，８ｂは、少なくとも大部分において同一に負荷されている。

【0029】

照射時間が互いに一致するため、照射時間又はスキャンフィールドの大きさの比較測定によってスキャンフィールド間の境界３０が変位する必要がなければ、部材における縞模様の形成を防止するために、スキャンフィールド間の境界３０の変動がなされる。

【符号の説明】

【0030】

１ 装置
２ プロセスチャンバ
３ 構造コンテナ
４ 構造プラットフォーム
５ コーティング装置
６ 構造材料
７ 配量チャンバ
８ スキャナ
９ 放射
１０ 放射源
１１ 構造材料層
１５ ビームスプリッタ
２０ 捕捉ユニット
２１ メモリ
２２ 比較装置
２３ プロセッサ装置
２５ 入力装置
２６ ディスプレイ
３０ 境界
３１ スキャンフィールド
３２ スキャンフィールド

【図1】

【図2】