特許 7482664 複数のエネルギービームのためのゾーン間のシームを最適化する三次元プリントシステム

(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】2024-05-02

(45)【発行日】2024-05-14

(54)【発明の名称】複数のエネルギービームのためのゾーン間のシームを最適化する三次元プリントシステム

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/393 20170101AFI20240507BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240507BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240507BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240507BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240507BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

B29C64/393

B29C64/153

B29C64/268

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020055950

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2020172104

(43)【公開日】2020-10-22

【審査請求日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】19167790

(32)【優先日】2019-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520106345

【氏名又は名称】レイヤーワイズ エヌヴェ

【氏名又は名称原語表記】ＬａｙｅｒＷｉｓｅ ＮＶ

(74)【代理人】

【識別番号】100139723

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 洋

(72)【発明者】

【氏名】ヤン プラス

(72)【発明者】

【氏名】ナチカタ レイ

【審査官】神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５２６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２７１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０３６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３３５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８０１６０３４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元物体（４）を作製するシステムであって、
個々の粉末層（１５）を連続的に分配する粉末ディスペンサ（１４）；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを生成および走査し、前記粉末層（１５）を選択的に溶融する溶融装置（１６）；および
コントローラ（２０）
を備え、前記コントローラ（２０）は、
前記粉末ディスペンサ（１４）および前記溶融装置（１６）を作動し、ｒの選択的に溶融された粉末層の配列を形成するよう構成され、ｒは少なくとも３であり、前記層はそれぞれ複合ハッチ領域を含み、該複合ハッチ領域は、第１のエネルギービームによって画定される第１のハッチ領域（２６）および第２のエネルギービームによって画定される第２のハッチ領域（２８）を含み、前記第１および第２のハッチ領域は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけシーム（３０）に沿ってオーバーラップし、前記シーム（３０）の横方向位置は層ごとに変化し、ｒ層の前記配列について、前記シーム（３０）は、ｖの横幅を有するゾーンの上で横方向位置に変化し、ｕ未満のシーム（３０）間の横距離を有する２つの層は前記配列（３８）中に存在せず、ｕは、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しく、
前記側方オーバーラップ距離（ｘ）は、前記シーム（３０）に対して横方向の横軸に沿った前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、該位置合わせ不確実性は、前記２つのビーム間の横方向位置合わせの２以上の標準偏差によって画定され、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）は、前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、
システム。

【請求項2】

前記複数のビームが第３のビーム（１８）を含み、前記コントローラ（２０）が、前記第３のビーム（１８）を作動して、前記複合ハッチ領域の周りの輪郭の少なくとも一部を画定するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記複数のビームが、外側輪郭（４６）および内側輪郭（４２、４４）を含む前記複合ハッチ領域の周りの複数の輪郭を画定し、前記外側輪郭（４６）は前記第３のビーム（１８）により形成され、前記内側輪郭（４２、４４）は前記第１のビームおよび前記第２のビームの組合せにより形成されることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記ｒが少なくとも５であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

前記粉末ディスペンサ（１４）が金属粉末を含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項6】

三次元物体（４）を作製する方法であって、
粉末ディスペンサ（１４）を作動して第１の粉末層を分配する工程；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを同時に作動して、前記粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第１のハッチ領域（２６）を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第２のハッチ領域（２８）を溶融する工程であって、前記第１および第２のハッチ領域が側方オーバーラップ距離（Ｘ）だけ第１のシーム（３０）に沿ってオーバーラップする、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサ（１４）を作動して、前記第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第２の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第３のハッチ領域（３２）を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第４のハッチ領域（３４）を溶融する工程であって、前記第３および第４のハッチ領域が第２のシーム（３６）に沿ってオーバーラップし、前記第２のシーム（３６）が少なくともｕの値だけ前記第１のシームから平均横方向オフセットを有する、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサ（１４）を作動して、前記第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第３の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第５のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第６のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第５および第６のハッチ領域が第３のシームに沿ってオーバーラップし、前記第３のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームおよび前記第２のシームから平均横方向オフセットを有し、ｕが前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しく、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、該位置合わせ不確実性は、前記２つのビーム間の横方向位置合わせの２以上の標準偏差によって画定され、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、工程
を含む、方法。

【請求項7】

第３のビームを作動して、前記第１および第２のハッチ領域の周りに輪郭を溶融する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１および第２のビームを作動して、前記第１および第２のハッチ領域の周りに少なくとも１つの内側輪郭（４２、４４）を画定する工程、および、前記第３のビームを作動して、前記内側輪郭（４２、４４）の周りに外側輪郭（４６）を画定する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

三次元物体（４）を作製するコンピュータ可読の記憶装置であって、
該コンピュータ可読の記憶装置が、ソフトウェア命令を記憶する非一過性の記憶媒体を含み、プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、
粉末ディスペンサ（１４）を作動して第１の粉末層を分配する工程；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを作動して、前記粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第１のハッチ領域（２６）を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第２のハッチ領域（２８）を溶融する工程であって、前記第１および第２のハッチ領域が側方オーバーラップ距離（Ｘ）だけ第１のシーム（３０）に沿ってオーバーラップする、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサ（１４）を作動して、前記第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第２の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第３のハッチ領域（３２）を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第４のハッチ領域（３４）を溶融する工程であって、前記第３および第４のハッチ領域が第２のシーム（３６）に沿ってオーバーラップし、前記第２のシーム（３６）が少なくともｕの値だけ前記第１のシーム（３０）から平均横方向オフセットを有する、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第３の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第５のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第６のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第５および第６のハッチ領域が第３のシームに沿ってオーバーラップし、前記第３のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームおよび前記第２のシームから平均横方向オフセットを有し、ｕが前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しく、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、該位置合わせ不確実性は、前記２つのビーム間の横方向位置合わせの２以上の標準偏差によって画定され、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、工程
を実行させる、コンピュータ可読の記憶装置。

【請求項10】

プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、第３のビームを作動させ、前記第１および第２のハッチ領域の周りに輪郭を溶融することを特徴とする、請求項９に記載のコンピュータ可読の記憶装置。

【請求項11】

プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、第１および第２のビームを作動させて前記第１および第２のハッチ領域の周りに少なくとも１つの内側輪郭（４２、４４）を画定し、前記第３のビームを作動させて前記内側輪郭（４２、４４）の周りに外側輪郭（４６）を画定することを特徴とする、請求項１０に記載のコンピュータ可読の記憶装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉末材料を用いて三次元（３Ｄ）物体を作製する装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、複数のエネルギービームが用いられる場合に物体の内部構造強度を改良する製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元（３Ｄ）プリンタシステムは、試作および製造の目的で使用が急速に増加している。三次元プリンタの１つの種類は、層ごとの（layer-by-layer）処理を用いて、粉末材料から製造対象の三次元物体を形成する。粉末材料の各層は、レーザ、電子、または粒子ビームのようなエネルギービームを用いて選択的に溶融される。より高い生産性のプリンタは、複数のエネルギービームを利用しうる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

複数のエネルギービームを用いる１つの課題は、１つのエネルギービームから別のエネルギービームへの移行である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様において、三次元物体を作製するシステムは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を備える。溶融装置は、第１のビームおよび第２のビームを含む構築平面に亘って複数のビームを生成および走査するよう構成される。コントローラは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を作動し、ｒの選択的に溶融された粉末層の配列を形成するよう構成され、ｒは少なくとも３である。層はそれぞれ、複合ハッチ領域を含み、複合ハッチ領域は、第１のエネルギービームによって画定される第１のハッチ領域および第２のエネルギービームによって画定される第２のハッチ領域を含む。第１および第２のハッチ領域は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけシームに沿ってオーバーラップする。シームの横方向位置は、層ごとに変化する。ｒ層の配列について、シームは、ｖの横幅を有するゾーンの上で横方向位置に変化し、ｕ未満のシーム間の横距離を有する２つの層は配列中に存在しない。距離ｕは、側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい。距離ｕは、側方オーバーラップ距離（ｘ）の３倍に少なくとも等しくてもよい。距離ｖは、ｕの少なくとも２倍に等しい。

【0005】

第１の実装形態において、複数のビームは第３のビームを含む。コントローラは、第３のビームを作動して、複合ハッチ領域の周りの輪郭の少なくとも一部を画定するように構成される。

【0006】

別の実装形態において、複数のビームは第３のビームを含む。複数のビームは、外側輪郭および内側輪郭を含む複合ハッチ領域の周りの複数の輪郭を画定する。外側輪郭は第３のビームにより形成され、内側輪郭は第１のビームおよび第２のビームの組合せにより形成される。外側輪郭は複数のオフセット輪郭を含んでもよい。内側輪郭は複数のオフセット輪郭を含んでもよい。

【0007】

さらに別の実装形態において、側方オーバーラップ距離（ｘ）は、シームに対して横方向の横軸に沿った第２のビームに関する第１のビームの位置合わせ不確実性に基づく。側方オーバーラップ距離（ｘ）は、位置合わせ不確実性に少なくとも等しい。側方オーバーラップ距離（ｘ）は、位置合わせ不確実性の２倍に少なくとも等しい、位置合わせ不確実性の３倍に少なくとも等しい、または位置合わせ不確実性の最大４倍に等しい。

【0008】

さらなる実装形態において、ｒは、少なくとも４、少なくとも５、または５よりも大きい。横方向シーム位置は、層ごとに無作為に変化してもよい。

【0009】

さらなる実装形態において、粉末は金属粉末である。層は、任意の実用的な厚さでよいが、通常の層厚は約２００マイクロメートル未満または約１５０マイクロメートル未満である。より詳細には、層厚は１０～１００マイクロメートルの範囲内でもよい。さらに詳細には、層厚は２０～５０マイクロメートルの範囲内でもよい。金属粉末は、チタンまたは合金のような純粋な金属でもよい。合金は、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバルト、鉄、銅、および他の金属をベースとしてもよい。金属粉末の一部は粉末混合物でもよい。

【0010】

別の実施形態において、ｖはｕの少なくとも３倍である。他の実施形態において、ｖはｕの少なくとも４倍、またはｕの少なくとも５倍である。

【0011】

本発明の第２の態様において、三次元物体を作製する方法は、以下の工程を含む：（Ａ）粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配する工程；（Ｂ）第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを同時に作動して、粉末層を選択的に溶融する工程であって、（Ｂ１）第１のビームを作動して第１のハッチ領域を溶融する工程および（Ｂ２）第２のビームを作動して第２のハッチ領域を溶融する工程、を含み、第１および第２のハッチ領域が側方オーバーラップ距離（Ｘ）だけ第１のシームに沿ってオーバーラップする、工程；（Ｃ）粉末ディスペンサを作動して、第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；（Ｄ）複数のエネルギービームを同時に作動して、第２の粉末層を選択的に溶融する工程であって、（Ｄ１）第１のビームを作動して第３のハッチ領域を溶融する工程および（Ｄ２）第２のビームを作動して第４のハッチ領域を溶融する工程、を含み、第３および第４のハッチ領域が第２のシームに沿ってオーバーラップし、第２のシームが少なくともｕの値だけ第１のシームから平均横方向オフセットを有する、工程；（Ｅ）粉末ディスペンサを作動して、第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；（Ｆ）複数のエネルギービームを同時に作動して、第３の粉末層を選択的に溶融する工程であって、（Ｆ１）第１のビームを作動して第５のハッチ領域を溶融し、第２のビームを作動して第６のハッチ領域を溶融する工程を含み、第５および第６のハッチ領域が第３のシームに沿ってオーバーラップし、第３のシームが少なくともｕの値だけ第１のシームおよび第２のシームから平均横方向オフセットを有し、ｕが側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい、工程。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】三次元物体を作製するための三次元プリントシステムの概略図

【図2】選択的に溶融された単一粉末層を示す略図

【図3A】粉末ディスペンサにより分配される第１の粉末層を示す図

【図3B】２つの異なるエネルギービームにより選択的に溶融された第１の粉末層を示す図

【図3C】選択的に溶融された第１の層の上に分配された第２の粉末層を示す図

【図3D】２つの異なるエネルギービームにより選択的に溶融された２つの粉末層を示す図

【図4】選択的に溶融された連続する粉末層を示し、層が、第１の領域を溶融する第１のエネルギービーム、第２の領域を溶融する第２のエネルギービーム、および第１および第２の領域がそれに沿ってオーバーラップするシームを用いて個々に溶融され、シームは、最小オフセット距離ｕおよび横方向スパンｖだけ層ごとに横方向にオフセットし、図示される実施形態においては連続する５層が存在する、図

【図5】選択的に溶融された連続する粉末層を示し、層が、第１の領域を溶融する第１のエネルギービーム、第２の領域を溶融する第２のエネルギービーム、および第１および第２の領域がそれに沿ってオーバーラップするシームを用いて個々に溶融され、シームは、最小オフセット距離ｕおよび横方向スパンｖだけ層ごとに横方向にオフセットし、図示される実施形態においては２つのそれぞれ連続する５層が存在する、図

【図6】連続する５つの溶融層の横方向オーバーレイ表示を示す略図

【図7】内側輪郭を形成するために２つの異なるエネルギービームが用いられる、選択的に溶融された粉末層の略図

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、三次元物体４を作製するための三次元プリントシステムの概略図である。システム２の説明において、互いに直交する軸Ｘ、Ｙ、およびＺを用いてもよい。軸ＸおよびＹは横軸であり、概して水平方向である。さらに、互いに直交する横軸ＳおよびＴを用いてもよい。軸Ｓは、シームのような境界に沿って変動する方向を説明するために使用される。軸Ｔは、Ｓを横切る。軸Ｚは垂直軸であり、概して重力参照（gravitational reference）と位置合わせされる。「概して」によって、量、寸法の比較、または方向の比較のような測定が、設計によるものでありかつ製作公差内であるが、したがって正確ではないかもしれないことが意味される。

【0014】

システム２は、電動プラットフォーム８を有する構築モジュール６を備える。電動プラットフォーム８は、支持表面１０を有し、その上に三次元物体４が形成される。電動プラットフォーム８は、粉末ディスペンサ１４が粉末層１５を上面１２上に分配させるのに最適な高さで、上面１２（物体４または表面１０のいずれかの上面）を垂直方向に配置するように構成される。例示的な実施形態において、電動プラットフォーム８は、粉末層１５が分配される前または後に降下される。

【0015】

例示的な実施形態において、ディスペンサ１４は、電動プラットフォーム８条に金属粉末層を分配する。層は、任意の実用的な厚さでよいが、通常の層厚は、約２００マイクロメートル未満または約１５０マイクロメートル未満である。より詳細には、層厚は１０～１００マイクロメートルの範囲内でもよい。さらに詳細には、層厚は２０～５０マイクロメートルの範囲内でもよい。金属粉末は、チタンまたは合金のような純粋な金属でもよい。合金は、アルミニウム、ニッケル、チタン、コバルト、鉄、銅、および他の金属をベースとしてもよい。金属粉末の一部は、２つ以上の純粋な金属、２つ以上の合金、または合金および純粋な金属の混合物の粉末混合物でもよい。さらに別の粉末には、セラミックのような他の材料が含まれてもよい。

【0016】

溶融装置１６は、複数のエネルギービーム１８を、分配された粉末１５の上面１２の上に形成および走査し、粉末１５を選択的に溶融するように形成される。エネルギービーム１８は、高出力光ビーム、粒子ビーム、または電子ビームでもよい。金属粉末の溶融のためには、レーザは通常、１００ワット超の出力レベルを有するビームを出力する。一部のレーザは、５００ワット、１０００ワット、または１キロワット超を出力しうる。溶融装置１６はレーザ、形成光学系および走査光学系を備え、レーザビーム１８を表面１２上に形成および走査するしうる。

【0017】

ある実施形態において、複数のエネルギービーム１８は、少なくとも第１のビームおよび第２のビームを含む。複数のエネルギービームはさらに、第３のビーム、または任意の数のビームを含んでもよい。複数のエネルギービーム１８はそれぞれ、独立しておよび同時に制御および走査されてもよい。溶融装置１６は、分配された粉末１５の上面１２に概して近接する横方向に伸長する「構築平面」１９の上にエネルギービームを走査するよう構成される。構築平面１９は、横方向の範囲を画定し、その上で複数のエネルギービーム１８が処理または動作しうる。好ましい実施形態において、少なくとも１つのエネルギービーム１８が構築平面１９全体を処理しうる。いくつかの実施形態において、２つ以上のエネルギービーム１８がそれぞれ構築平面１９全体を処理してもよい。

【0018】

複数のエネルギービームは、横方向位置合わせ不確実性を有する。これは、２つのビームについて画定しうる。２つのビーム（重心により画定される）を用いて構築平面上の同じ位置を処理しようとする場合、１つのビームの他に対する横方向位置合わせ不確実性が存在する。この不確実性は、他の機械公差と共に操作メカニズムの動きの可変性によって変化しうる。位置合わせ不確実性は、標準偏差で定量化できる。横方向位置合わせ誤差は、２以上の標準偏差と等しいとして定義されうる。１つの実装形態において、位置合わせ不確実性は、３標準偏差と等しいとして定義されうる。より堅実な実装形態において、位置合わせ誤差は、４標準偏差と等しいとして定義されうる。

【0019】

電動プラットフォーム８、粉末ディスペンサ１４、および溶融装置１６は全て、コントローラ２０の制御下である。コントローラ２０は、コンピュータ可読の記憶装置に接続されるプロセッサを含む。コンピュータ可読の記憶装置は、ソフトウェア命令を記憶する非一過性または非揮発性記憶媒体を含む。プロセッサにより実行される際に、ソフトウェア命令は、電動プラットフォーム８、粉末ディスペンサ１４、および溶融装置１６を含むシステム２のさまざまの部分を制御する。ソフトウェア命令は、コンピュータ可読のコード部分とも称される。

【0020】

コントローラ２０は、統合モジュールでもよく、互いに電気的にまたは無線で接続される複数のコンピュータを含んでもよい。特定の実施形態において、コントローラ２０は、システム２の他の部分、ホストコンピュータ、および遠隔サーバと物理的に統合されたローカルコントローラを含む。したがって、コントローラ２０が複数コンピュータ間に分配される場合、コントローラ２０の動作中にアクセスされ利用されるプロセッサおよび情報記憶装置が分配されうる。

【0021】

コントローラ２０は概して、以下の動作を実行するように構成される：（１）構築平面１９に近接する上面１２を有する電動サポートを配位置する、（２）ディスペンサ１４を作動して、粉末層を分配する、（３）複数のレーザ１８を作動して、分配された粉末層の部分を選択的に溶融する、および（４）（１）－（３）を繰り返し、三次元物体４の作製を完了する。

【0022】

図２は、選択的に溶融された単一の粉末層１５の実施形態を図示する。選択的に溶融された領域は、輪郭２４によって囲まれた複合ハッチパターン２２を含む。複合ハッチパターン２２は、シーム３０によって連結される第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８を含む。第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８は個々に、第１および第２のレーザ１８によってそれぞれ形成される。第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８は、シーム３０において本質的に連続する。ハッチパターン２６および２８は、シーム３０を横切る方向で第１および第２のレーザの位置合わせ不確実性に基づきオーバーラップしてもよい。図において、シーム３０は軸Ｓに沿って伸長し、横軸Ｔはシーム３０に垂直である。いくつかの構造について、シーム３０は非線形でもよい。次いで、方向Ｓはシーム３０に対して接線方向として画定され、ＴはＳに垂直である。

【0023】

典型的な実施形態において、第１および第２のレーザは、横軸Ｔに沿って互いに対して位置合わせ不確実性を有する。第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけ横軸Ｔに沿ってオーバーラップする。側方オーバーラップ距離（ｘ）は、位置合わせ不確実性に少なくとも等しい。好ましくは、側方オーバーラップ距離（ｘ）は、位置合わせ不確実性の少なくとも２倍、位置合わせ不確実性の少なくとも３倍、または位置合わせ不確実性の最大４倍である。

【0024】

図３Ａ－Ｄは、層ごとに変化する横位置を有するシーム３０を有する粉末層の堆積および溶融シーケンスを示す図面である。電動プラットフォーム８、粉末ディスペンサ１４、および溶融装置１６は、コントローラ２０によって作動されて、これらの工程を実行する。

【0025】

図３Ａによれば、ディスペンサ１４は、表面１０（または１２）上に第１の粉末層１５を堆積する。図３Ｂによれば、第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８は、第１および第２のエネルギービーム１８によってそれぞれ溶融される。第１のハッチパターン２６および第２のハッチパターン２８は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけ第１のシーム３０に沿ってオーバーラップすることが理解されるべきである。Ｔに沿った側方オーバーラップ距離（ｘ）は、図３Ｂにおいてシーム３０における垂直線として示される。

【0026】

図３Ｃによれば、ディスペンサ１４は、第１の選択的に溶融された層の上に第２の粉末層１５を分配する。図３Ｄによれば、第３のハッチパターン３２および第４のハッチパターン３４は、第１および第２のエネルギービーム１８によってそれぞれ溶融される。第３のハッチパターン３２および第４のハッチパターン３４は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけ第２のシーム３６に沿ってオーバーラップする。シーム３０および３６は、最小距離ｕだけ互いにオフセットされる。

【0027】

粉末の分配および溶融は、図４に示されるように選択的に溶融された層の配列３８があるまで、図３Ａ－Ｄの図と同様の態様で続いてもよい。これは、５つの層の配列である。変数ｒは、配列中の層の数として定義される。図４について、ｒ＝５である。層は、形成の順序でＬ１～Ｌ５と指定される。

【0028】

シーム３０は、横軸Ｔに沿って層ごとに側方位置で変化する。配列３８内の任意の２つのシーム３０間に最小横方向距離ｕが存在する。シーム３０は、幅ｖを有する「シームゾーン」４０を定義し、これは任意の２つのシーム３０間の最大横方向距離である。

【0029】

幅ｖは、ｕの少なくとも２倍である。さまざまの実施形態において、ｖは、ｕの少なくとも３倍、少なくとも４倍、少なくとも５倍、または５倍超である。

【0030】

図５は、ｒ＝５について配列３８が二度繰り返されたものを示す。配列３８は、任意の数の回数繰り返されてもよい。より一般的に、配列は３以上のｒ値を有しうる。ｒ＝４、ｒ＝５、ｒ＞５、ｒ＞１０についての配列が可能である。また、配列３８は全く同じである必要はない。例えば、ｒ＝１０についての配列の上にｒ＝５についての配列があってもよい。いくつかの実施形態において、軸Ｔに沿ったシーム位置は、配列中の任意の２つの層が最小横方向距離ｕだけ少なくともオフセットされたシームを有するという限定で、層ごとに無作為に変化しうる。

【0031】

いくつかの実施形態において、シームの方向は、１つの配列３８から次の配列へ垂直軸Ｚの周りに回転されうる。いくつかの実施形態において、この回転によって物体４の強度が増強される。

【0032】

図６は、５つの溶融層（ｒ＝５）の配列３０の横方向オーバーレイ表示を示す図である。図の上部は、第１のエネルギービーム１８によって形成されるハッチ領域２６を示す。図の下部は、第２のエネルギービーム１８によって形成されるハッチ領域２８を示す。ハッチ領域は、層１～５について図の右側で標識されるシーム３０によって分離される。したがって、図６は図４についての側面図である。

【0033】

典型的な実施形態において、ハッチ領域２６および２８は、シーム３０に亘ってオーバーラップする。オーバーラップは、第２のビーム１８に対する第１のビーム１８の軸に沿った横方向位置合わせ不確実性に関する。１つの実施形態において、Ｔに沿ったオーバーラップは、位置合わせ不確実性に少なくとも等しい。位置合わせ不確実性は、２つのビーム間の横方向位置合わせの３標準偏差によって画定される。

【0034】

ｕの値は、側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい。いくつかの実施形態において、ｕの値は、ｘの３倍またはｘの３倍超でもよい。

【0035】

図７は、選択的に溶融された粉末層の図である。この実施例において、シーム３０の概念は輪郭まで伸長する。図示される実施形態において、第１のエネルギービーム１８は、上部ハッチ領域２６、および、上部および内側輪郭４２を画定する。第２のエネルギービームは、下部ハッチ領域２８、および、下部および内側輪郭４４を画定する。内側輪郭４２および４４は、シーム３０に沿ってオーバーラップする。いくつかの実施形態において、シーム３０は不連続であってもよい－すなわち、内側輪郭４２および４４およびハッチ領域２６および２８についてのシーム間に横方向オフセットが存在しうる。

【0036】

外側輪郭４６が、内側輪郭４２および４４を囲む。外側輪郭４６は、第３のエネルギービーム１８によって形成される。内側および外側輪郭の数は、第１および第２のエネルギービーム間の位置合わせ不確実性に一部基づいて選択できる。

【0037】

上記で説明した具体的な実施形態およびそのアプリケーションは、専ら説明目的のためのものであり、以下の特許請求の範囲により包含される変更形態およびバリエーションを、除外するものではない。
他の実施形態
１． 三次元物体を作製するシステムであって、
個々の粉末層を連続的に分配する粉末ディスペンサ；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを生成および走査し、前記粉末層を選択的に溶融する溶融装置；および
コントローラ
を備え、前記コントローラは、
前記粉末ディスペンサおよび前記溶融装置を作動し、ｒの選択的に溶融された粉末層の配列を形成するよう構成され、ｒは少なくとも３であり、前記層はそれぞれ複合ハッチ領域を含み、該複合ハッチ領域は、第１のエネルギービームによって画定される第１のハッチ領域および第２のエネルギービームによって画定される第２のハッチ領域を含み、前記第１および第２のハッチ領域は、側方オーバーラップ距離（ｘ）だけシームに沿ってオーバーラップし、前記シームの横方向位置は層ごとに変化し、ｒ層の前記配列について、前記シームは、ｖの横幅を有するゾーンの上で横方向位置に変化し、ｕ未満のシーム間の横距離を有する２つの層は前記配列中に存在せず、ｕは、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい、
システム。
２． 前記複数のビームが第３のビームを含み、前記コントローラが、前記第３のビームを作動して、前記複合ハッチ領域の周りの輪郭の少なくとも一部を画定するように構成されることを特徴とする、実施形態１のシステム。
３． 前記複数のビームが、外側輪郭および内側輪郭を含む前記複合ハッチ領域の周りの複数の輪郭を画定し、前記外側輪郭は前記第３のビームにより形成され、前記内側輪郭は前記第１のビームおよび前記第２のビームの組合せにより形成されることを特徴とする、実施形態２のシステム。
４． 前記側方オーバーラップ距離（ｘ）は、前記シームに対して横方向の横軸に沿った前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）は、好ましくは前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１～３のいずれかのシステム。
５． 前記ｒが少なくとも５であることを特徴とする、実施形態１～４のいずれかのシステム。
６． 前記粉末ディスペンサが金属粉末を含むことを特徴とする、実施形態１～５のいずれかのシステム。
７． 三次元物体を作製する方法であって、
粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配する工程；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを同時に作動して、前記粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第１のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第２のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第１および第２のハッチ領域が側方オーバーラップ距離（Ｘ）だけ第１のシームに沿ってオーバーラップする、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第２の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第３のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第４のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第３および第４のハッチ領域が第２のシームに沿ってオーバーラップし、前記第２のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームから平均横方向オフセットを有する、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第３の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第５のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第６のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第５および第６のハッチ領域が第３のシームに沿ってオーバーラップし、前記第３のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームおよび前記第２のシームから平均横方向オフセットを有し、ｕが前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい、
工程
を含む、方法。
８． 第３のビームを作動して、前記第１および第２のハッチ領域の周りに輪郭を溶融する工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態７の方法。
９． 前記第１および第２のビームを作動して、前記第１および第２のハッチ領域の周りに少なくとも１つの内側輪郭を画定する工程、および、前記第３のビームを作動して、前記内側輪郭の周りに外側輪郭を画定する工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態８の方法。
１０． 前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、好ましくは前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態７～９のいずれかの方法。
１１． 三次元物体を作製するコンピュータ可読の記憶装置であって、
該コンピュータ可読の記憶装置が、ソフトウェア命令を記憶する非一過性の記憶媒体を含み、プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、
粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配する工程；
第１のビームおよび第２のビームを含む複数のエネルギービームを作動して、前記粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第１のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第２のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第１および第２のハッチ領域が側方オーバーラップ距離（Ｘ）だけ第１のシームに沿ってオーバーラップする、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第２の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第３のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第４のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第３および第４のハッチ領域が第２のシームに沿ってオーバーラップし、前記第２のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームから平均横方向オフセットを有する、工程
を含む、工程；
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；
前記複数のエネルギービームを同時に作動して、前記第３の粉末層を選択的に溶融する工程であって、
前記第１のビームを作動して第５のハッチ領域を溶融する工程；および
前記第２のビームを作動して第６のハッチ領域を溶融する工程であって、前記第５および第６のハッチ領域が第３のシームに沿ってオーバーラップし、前記第３のシームが少なくともｕの値だけ前記第１のシームおよび前記第２のシームから平均横方向オフセットを有し、ｕが前記側方オーバーラップ距離（ｘ）の２倍に少なくとも等しい、
工程
を実行させる、コンピュータ可読の記憶装置。
１２． プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、第３のビームを作動させ、前記第１および第２のハッチ領域の周りに輪郭を溶融することを特徴とする、実施形態１１のコンピュータ可読の記憶装置。
１３． プロセッサによる実行に応じて、前記ソフトウェア命令がシステムに、第１および第２のビームを作動させて前記第１および第２のハッチ領域の周りに少なくとも１つの内側輪郭を画定し、前記第３のビームを作動させて前記内側輪郭の周りに外側輪郭を画定することを特徴とする、実施形態１２のコンピュータ可読の記憶装置。
１４． 前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、前記第２のビームに関する前記第１のビームの位置合わせ不確実性に基づき、前記側方オーバーラップ距離（ｘ）が、好ましくは前記位置合わせ不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、実施形態１１～１３のいずれかのコンピュータ可読の記憶装置。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】