特表 2022-506643 三次元製造のための交互の二重層輪郭削りおよびハッチング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-17

(54)【発明の名称】三次元製造のための交互の二重層輪郭削りおよびハッチング

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/153 20170101AFI20220107BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220107BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220107BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220107BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20220107BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20220107BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20220107BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20220107BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

B29C64/153

B33Y30/00

B33Y10/00

B33Y50/02

B29C64/393

B29C64/268

B22F3/16

B22F10/28

B22F10/366

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021524172

(86)(22)【出願日】2019-11-08

(85)【翻訳文提出日】2021-06-14

(86)【国際出願番号】 US2019060402

(87)【国際公開番号】W WO2020097422

(87)【国際公開日】2020-05-14

(31)【優先権主張番号】62/757,815

(32)【優先日】2018-11-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】ネランク，ブラム

(72)【発明者】

【氏名】ホルムストック，ニールス

(72)【発明者】

【氏名】リータール，カレル ジェフ

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL45

4F213WL80

4F213WL85

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

三次元物品を製造するためのシステムは、支持プレート、粉末ディスペンサ、溶融装置、およびコントローラを備える。コントローラは、システムの様々のプリンタ構成要素を作動して、以下を行うように構成される：（１）第１の粉末層を分配し、（２）少なくとも第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭を溶融し、（３）第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配し、（４）第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションを溶融し、（５）第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配し、（６）第２および第３の粉末層を介して溶融され第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭を溶融し、かつ（７）プリンタ構成要素を作動し続け、三次元物品の作製を完了する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元物品を製造するためのシステムであって、
支持表面を有する支持プレート；
粉末ディスペンサ；
エネルギービームを形成および走査するよう構成される溶融装置；
プロセッサおよび非一時的な記憶装置を備えたコントローラ
を含み、
前記コントローラが、
前記粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して前記第１の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、少なくとも前記第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭を溶融し、
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の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して前記第２の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションを溶融し、
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の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して前記第３の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第２および第３の粉末層を介して溶融され前記第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭を溶融し、かつ、
前記粉末ディスペンサおよび前記溶融装置の作動を繰り返し、前記三次元物品の作製を完了する
よう構成される
ことを特徴とする、システム。

【請求項2】

前記第１の粉末層が前記支持表面の上に分配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】

前記第１の粉末層が、先に分配された粉末層の上に分配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4】

前記先に分配された粉末層が、先に溶融された充填セクションの少なくとも一部を含むことを特徴とする、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の粉末層が、前記粉末層の２つを介して溶融された少なくとも１つの先に溶融された充填セクションを含む複数の部分的に溶融された粉末層の上に分配され、前記第１の充填セクションが、前記先に溶融された充填セクションに融合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6】

前記第１、第２および第３の粉末層が、個別に１０～１００マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１、第２および第３の粉末層が、個別に２０～５０マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記エネルギービームが、レーザビームおよび電子ビームの１つまたは複数であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラがさらに、
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第３の粉末層の上に第４の粉末層を分配し、かつ
前記溶融装置を作動して、前記第４の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第３および第４の粉末層を介して溶融され前記第１の充填セクションに融合される第２の充填セクションを溶融する
よう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10】

三次元物品を製造する方法であって、
第１の粉末層を分配する工程；
前記第１の粉末層上にエネルギービームを走査し、少なくとも前記第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭を溶融する工程；
前記第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配する工程；
前記第２の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションを溶融する工程；
前記第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配する工程；
前記第３の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第２および第３の粉末層を介して溶融され前記第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭を溶融する工程；および
前記分配する工程および走査する工程を繰り返して、前記三次元物品の作製を完了する工程
を含む、方法。

【請求項11】

前記第１の粉末層が支持表面の上に分配されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の粉末層が、先に分配された粉末層の上に分配されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記先に分配された粉末層が、先に溶融された充填セクションの少なくとも一部を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の粉末層が、前記粉末層の２つを介して溶融された少なくとも１つの先に溶融された充填セクションを含む複数の部分的に溶融された粉末層の上に分配され、前記第１の充填セクションが、前記先に溶融された充填セクションに融合されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記第１、第２および第３の粉末層が、個別に１０～１００マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記第１、第２および第３の粉末層が、個別に２０～５０マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

前記エネルギービームが、レーザビームおよび電子ビームの１つまたは複数であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項18】

前記第３の粉末層の上に第４の粉末層を分配する工程；
前記第４の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第３および第４の粉末層を介して溶融され前記第１の充填セクションに融合される第２の充填セクションを溶融する工程
をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項19】

三次元物品を製造するためのコンピュータ可読記憶媒体であって、非一時的であり、内部に記憶されたコンピュータ可読プログラムコード部分を有し、該コンピュータ可読プログラムコード部分が、プロセッサによる実行に応じて三次元プリントシステムに以下を実行させる：
粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配し、
溶融装置を作動して前記第１の粉末層上にエネルギービームを走査し、少なくとも前記第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭を溶融し、
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の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して前記第２の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションを溶融し、
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の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して前記第３の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第２および第３の粉末層を介して溶融され前記第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭を溶融し、
前記粉末ディスペンサおよび前記溶融装置の作動を繰り返し、前記三次元物品の作製を完了する
ことを特徴とする、コンピュータ可動記憶媒体。

【請求項20】

前記プロセッサが、前記三次元プリントシステムに以下を実行させる：
前記粉末ディスペンサを作動して、前記第３の粉末層の上に第４の粉末層を分配し、
前記溶融装置を作動して、前記第４の粉末層上に前記エネルギービームを走査し、前記第３および第４の粉末層を介して溶融され前記第１の充填セクションに融合される第２の充填セクションを溶融する
ことを特徴とする、請求項１９に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

この非仮特許出願は、Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下でここに参照することによって援用される、２０１８年１１月９日出願のＢｒａｍ Ｎｅｉｒｉｎｃｋらによる「Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｄｕａｌ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｔｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｈａｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と題された米国仮特許出願第６２／７５７，８１５号に対する優先権を主張する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、粉末材料を用いて三次元（３Ｄ）物品をデジタル製作するための装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、物品の表面および表面下の品質および精度を改良する製造シーケンス（sequence）に関する。

【背景技術】

【0003】

三次元（３Ｄ）プリントシステムは、試作および製造のような目的のために使用が急速に増加している。三次元プリンタの１つのタイプは、層ごとの（layer-by-layer）プロセスを用いて、粉末材料から製造対象の三次元物品を形成する。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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このタイプの製作による１つの課題は、粉末が溶融される際に収縮する傾向である。可変収縮は、製作中の物品の表面の品質に影響を与えうる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の第１の態様において、三次元物品を製造するためのシステムは、支持プレート、粉末ディスペンサ、溶融装置、およびコントローラを備える。溶融装置は、エネルギービームを形成および走査するよう構成される。コントローラは、以下を行うように構成される：（１）粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層を分配し、（２）溶融装置を作動して第１の粉末層上にエネルギービームを走査し、少なくとも第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭を溶融し、（３）粉末ディスペンサを作動して第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配し、（４）溶融装置を作動して第２の粉末層上にエネルギービームを走査し、第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションを溶融し、（５）粉末ディスペンサを作動して第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配し、（６）溶融装置を作動して第３の粉末層上にエネルギービームを走査し、第２および第３の粉末層を介して溶融され第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭を溶融し、かつ、（７）粉末ディスペンサおよび溶融装置の作動を繰り返し、三次元物品の作製を完了する。工程（１）、（３）および（５）は、支持プレートを下降させて、分配され溶融された粉末の層を補填する工程を含んでもよい。

【0006】

境界輪郭は、三次元物品の境界を集合的に画定する。したがって、充填セクションはすべて境界輪郭内にある。充填セクションは、境界により囲まれる領域を広く充填するハッチパターンに亘ってレーザを走査することにより溶融される。

【0007】

１つの実装形態において、支持プレートは支持表面を含む。第１の粉末層は、支持表面上に分配される。

【0008】

別の実装形態において、第１の粉末層は、１つまたは複数の先に分配された粉末層の上に分配される。１つまたは複数の先に分配された粉末層は、先に溶融された充填セクションを含む。第１の充填セクションは、先に溶融された充填セクションに融合される。

【0009】

さらに別の実装形態において、第１の粉末層は、先に作製された支持構造の上に分配される。この実装形態の一部として、第１の粉末層は、側方分配領域に亘って先の粉末層および支持構造の上に分配されてもよい。

【0010】

さらなる実装形態において、第１、第２および第３の粉末層は、個別に、１０～１００マイクロメートルの範囲内、またはさらに１００マイクロメートル超の厚さを有してもよい。より詳細には、第１、第２および第３の粉末層は、個別に、２０～５０マイクロメートルの範囲内の厚さを有する。さらに詳細には、第１、第２および第３の粉末層は、個別に、２０～４０マイクロメートルまたは４０～５０マイクロメートルの範囲内あるいは約３０マイクロメートルまたは約４５マイクロメートルの厚さを有する。

【0011】

別の実装形態において、分配される粉末は金属粉末である。溶融装置は、単一のエネルギービーム、または、互いに独立して走査できる複数のエネルギービームを生成および走査できる。エネルギービームは、レーザビーム、粒子ビーム、および電子のビームの１つまたは複数を含んでもよい。

【0012】

さらに別の実装形態において、溶融装置は、レーザおよび走査オプティクスを含む。レーザは、１００ワット超、５００ワット超、またはさらに１０００ワット超の出力ビームパワーを生成できる。

【0013】

さらなる実装形態において、コントローラはさらに、粉末ディスペンサを作動して、第３の粉末層の上に第４の粉末層を分配し、溶融装置を作動して、第４の粉末層上にエネルギービームを走査し、第３および第４の粉末層を介して溶融され第１の充填セクションに融合される第２の充填セクションを溶融する。

【0014】

さらなる実装形態において、コントローラは、プロセッサおよび情報記憶装置を含む。情報記憶装置は、ソフトウェア命令を有する非一時的な記憶媒体を含んでいる。プロセッサがソフトウェア命令を実行する際に、上述の工程が行われる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】三次元プリントシステムの概略ブロック図

【図2】三次元物品を作製する方法の実施形態を示すフローチャート

【図3A】長円形の断面形状を有する三次元物品の水平断面を示す図であって、水平断面が境界輪郭２４および充填セクション２５を横切る図

【図3B】三次元物品の一部の垂直断面を示す図であって、変動整数Ｎ－１、Ｎ、Ｎ＋１等が分配された粉末の層に対応する図

【図4A】第１の粉末層の分配を示す概略断面図

【図4B】少なくとも第１の粉末層を介して溶融される第１の境界輪郭の溶融を示す概略断面図

【図4C】第１の粉末層の上に第２の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図4D】第１および第２の粉末層を介して溶融される第１の充填セクションの溶融を示す概略断面図であって、第１の充填セクションが第１の境界輪郭内にあることが示される図

【図4E】第２の粉末層の上に第３の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図4F】第２および第３の粉末層を介して溶融されかつ第１の境界輪郭に融合される第２の境界輪郭の溶融を示す概略断面図であって、図示されないが、第２の境界輪郭は作製中の三次元物品の形状に依存して第１の境界輪郭に関して横方向にシフトされてもよい、図

【図4G】第３の粉末層の上に第４の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図4H】第３および第４の粉末層を介して溶融されかつ第１の充填セクションに融合される第２の充填セクションの溶融を示す概略断面図

【図5A】第１の粉末層を示す概略断面図

【図5B】第１の境界輪郭および第１の充填セクションの溶融を示す概略断面図であって、第１の境界輪郭と第１の充填セクションとの間に第１の未溶融粉末の分離ゾーンがある図

【図5C】第１の（部分的に溶融した）粉末層の上に第２の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図5D】第１および第２の粉末層を介して第１の接続ゾーンの溶融を示す概略断面図であって、第１の接続ゾーンはまた第１の境界輪郭および第１の充填セクションに融合される図

【図5E】第２の（部分的に溶融した）粉末層の上に第３の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図5F】第２および第３の粉末層を介して第２の境界輪郭および第２の充填セクションの溶融を示す概略断面図であって、第２の境界輪郭はまた第１の境界輪郭および第１の接続ゾーンに融合され、第２の充填セクションはまた第１の充填セクションおよび第１の接続ゾーンに融合される図

【図5G】第３の（部分的に溶融した）粉末層の上に第４の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図5H】第３および第４の粉末層を介して第２の接続ゾーンの溶融を介した第２の接続ゾーンの溶融を示す概略断面図であって、第２の接続ゾーンはまた第２の境界輪郭、第２の充填セクション、および第１の接続ゾーンに融合される図

【図6A】Ｎ番目の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図6B】少なくともＮ番目の粉末層を介して充填セクションを溶融することを示す概略断面図

【図6C】（Ｎ＋１）番目の粉末層を分配することを示す概略断面図

【図6D】ＮおよびＮ＋１の粉末層を介して境界輪郭を溶融することを示す概略断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、三次元物品４を作製するための三次元プリントシステム２の概略ブロック図である。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、その上に三次元物品４が形成される。電動プラットフォーム８は、最適な高さで上面１２（物品４の上面または表面１０のいずれか）を垂直方向に位置付けるように構成され、粉末ディスペンサ１４が上面の上に粉末１５の層を分配することを可能にする。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１５の層が分配される前または後に下降される。

【0017】

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の上に金属粉末の層を分配する。層は任意の実用的な厚さでもよいが、典型的な層厚は１０～１００マイクロメートルの範囲内でありうる。より詳細には、典型的な厚さは２０～５０マイクロメートルの範囲内でありうる。

【0018】

溶融装置１６は、分配された粉末１５の上面１２に亘ってエネルギービーム１８を形成および走査し、粉末１５を選択的に溶融するよう構成される。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ありうる。金属粉末の溶融のために、１００ワット超の出力レベルを有するビームを出力するレーザが典型的である。いくつかのレーザは、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、表面１２に亘ってレーザビーム１８を形成および走査するためのレーザ形成オプティクスおよび走査オプティクスを含んでもよい。

【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はすべて、コントローラ２０の制御下である。コントローラ２０は、情報記憶装置に連結されたプロセッサを含む。情報記憶装置は、ソフトウェア命令を記憶している非一時的なまたは不揮発性の記憶装置を含んでいる。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の様々の部分を制御する。

【0020】

図１の図示される実施形態は、再使用可能な電動プラットフォーム８上の粉末層の堆積および溶融を示す。他の実施形態において、粉末層は、物品４の最終製品になる基板またはワークピース上に分配および溶融されてもよい。本開示の方法は、これらの実施形態およびすべての関連するバリエーションのいずれかに当てはまる。

【0021】

コントローラ２０は、プロセッサ（図示せず）および非一時的なまたは不揮発性の記憶装置（図示せず）を含む。記憶装置は、ソフトウェア命令を記憶する。プロセッサにより実行される際に、プロセッサは、図２、３Ａ－Ｂ、４Ａ－Ｈ、５Ａ－Ｈ、および６Ａ－Ｄにより示される動作を含む以下または上記に説明されるような動作を行う。コントローラ２０は、プロセッサにより実行中のソフトウェア命令に等しい動作を行うよう構成されると考えられる。したがって、プロセッサおよび記憶装置として、コントローラは、命令により実行される動作を行うと考えられる。

【0022】

図２は、三次元物品４を作製するための方法２２の実施形態を示すフローチャートである。方法２２は、コントローラ２０によって行われる。方法２２は、表面および表面下の欠陥を除去するために、輪郭の走査と充填パターンの走査との間で交互のシーケンスを伴う。図２を論じる前に、いくつかの定義について図３Ａを参照する。

【0023】

図３Ａは、長円形の断面形状を有する三次元物品の水平断面を示す図である。長円形は、粉末１５の１つまたは複数の層から選択的に溶融されるものである。外側表面を画定および固化するために、境界輪郭２４のシーケンスが溶融される。例示的な実施形態において、粉末１５の上にエネルギービーム１８を走査し示される方向に長円形の形状をトレースすることにより、境界輪郭２４を形成できる。

【0024】

外側表面の内部の領域を固化するために、一連の充填セクションが溶融される。これは、粉末１５の上面１２の上のビーム１８の動きを示す薄い矢印によって示される「ハッチパターン」２６の上にエネルギービーム１８を走査することによって行われる。より長い矢印は走査方向であり、より短い矢印は走査間の側方オフセット方向である。充填セクションの溶融のためのハッチパターンは著しく異なりうる。

【0025】

境界輪郭２４は、充填セクション２５と同じ粉末層を介して溶融されないことが理解されるべきである。例示的な実施形態によれば、境界輪郭２４および充填セクション２５は、同時に２つ以上の粉末層を介して個別に溶融される。

【0026】

図２を再び参照すると、図示される方法２２は、すでに分配されて存在し上面１２を画定する選択的に溶融された粉末の層から開始する。粉末１５の層は、２８に従って上面１２の上に分配される。３０に従って、エネルギービーム１８が、分配された粉末１５の層の上に走査され、粉末１５の２つの層を介して境界輪郭２４を溶融し、先に溶融された下の境界輪郭２４と融合する。３２に従って、粉末層が分配される。３４に従って、エネルギービーム１８が走査され、先の２つの粉末層を介して領域充填ハッチパターン２６を画定し、先の２つの層の下にある溶融した材料と結合する。次いで、工程２８～３２のシーケンスが繰り返されて、物品４の残りが形成される。工程２８および３２の一部として、電動プラットフォーム８を、粉末１５の層を分配する前または後のいずれかに下降させてもよい。

【0027】

方法２２は、以下の点を組み合わせて独自のものである：（１）境界輪郭走査は２つの粉末層を同時に溶融する。（２）充填セクション走査は２つの粉末層を同時に溶融する。（３）境界輪郭走査および充填セクション走査は交互の粉末層に衝突する。（４）境界溶融および充填溶融の深さは、交互のシーケンスによって垂直方向にずれている。

【0028】

図３Ｂは、図２の方法を用いて作製される三次元物品の一部の垂直断面図である。図中の点線は、堆積され溶融された厚さｔの粉末層間の分離を示す。層は、堆積の順序で、層Ｎ－１から開始する。層Ｎは層Ｎ－１の上に堆積され、層Ｎ＋１は層Ｎの上に堆積され、以下同様である。各図示される層は、溶融後に厚さｔを有する。

【0029】

各境界輪郭２４は、２つの粉末層を介して溶融される。したがって、各境界輪郭２４は、ｔの２倍の厚さを有する。各充填セクション２５は、２つの粉末層を介して溶融される。したがって、各充填セクション２５は、厚さ２ｔのものである。

【0030】

境界輪郭２４および充填セクション２５は、垂直距離ｔだけ垂直方向にずれている。図示される最下充填セクション２５は、層Ｎ－１およびＮを介して溶融される。図示される最下境界輪郭２４は、層ＮおよびＮ＋１を介して溶融される。

【0031】

図４Ａ～４Ｈは、方法２２のものと類似する方法の順次工程を示す断面図である。図４Ａに従って、第１の粉末層３５が表面３６の上に分配される。表面３６は、先に分配された粉末層、支持表面、または下加工された物品のような先に作製された物品によって画定され得る。図４Ｂに従って、エネルギービーム１８が第１の粉末層３５の上に走査され、少なくとも粉末１５の第１の層３５を介して溶融される第１の境界輪郭３８を選択的に溶融する。

【0032】

図４Ｃに従って、第２の粉末層４０が第１の粉末層３５の上に分配される。図４Ｄに従って、エネルギービーム１８が第２の粉末層４０の上に走査され、第１の輪郭３８の側方内側の第１の充填セクション４２を溶融する。第１の充填セクション４２は、第１の粉末層３５および第２の粉末層４０を介して溶融される。

【0033】

図４Ｅに従って、第３の粉末層４４が第２の粉末層４０の上に分配される。図４Ｆに従って、エネルギービーム１８が第３の粉末層４４の上に走査され、第２の境界輪郭４６を溶融する。第２の境界輪郭４６は、第２の粉末層４０および第３の粉末層４４を介して溶融され、また第１の境界輪郭３８に融合される。

【0034】

図４Ｇに従って、第４の粉末層４８が第３の粉末層４４の上に分配される。図４Ｈに従って、エネルギービーム１８が第４の粉末層４８の上に走査され、第２の境界輪郭４６の側方内側であり第３の粉末層４４および第４の粉末層４８を介して溶融される第２の充填セクション５０を溶融する。第２の充填セクション５０はまた、第１の充填セクション４２に融合される。

【0035】

図４Ｅ～４Ｈの処理工程はその後、三次元物品４のほとんどまたはすべてが形成されるまで繰り返される。明らかなように、これによって、図３Ｂに図示された溶融輪郭および溶融充填セクションの交互のシーケンスが生じる。

【0036】

図２および図４Ａ～Ｈの方法において、第１の輪郭層は、第１の充填領域の前に溶融されるものとして図示される。これは、説明の目的のためのみである。例えば、図２において、方法２２は、工程３２から開始し、次いで、工程２８に戻る前に工程３４に進んでもよい。これは、図６Ａ～Ｄに関して以下にさらに説明される。

【0037】

図５Ａ～５Ｈは、代替的な方法の順次工程を示す断面図である。図５Ａに従って、第１の粉末層５２が表面５４の上に分配される。表面５４は、先に分配された粉末層、支持表面、または先に作製された物品により画定され得る。図５Ｂに従って、エネルギービーム１８が第１の粉末層５２の上に走査され、第１の境界輪郭５６および第１の充填セクション５８を溶融する。第１の境界輪郭５６と第１の充填セクション５８との間には、未溶融の粉末の未溶融の第１の分離ゾーン６０がある。第１の分離ゾーン６０は、第１の境界輪郭５６を第１の充填セクション５８から分断する。

【0038】

図５Ｃに従って、第２の粉末層６２が第１の粉末層５２の上に分配される。図５Ｄに従って、エネルギービーム１８が第２の粉末層６２の上に走査され、第１の粉末層５２および第２の粉末層６２を介して第１の接続ゾーン６４を溶融する。第１の接続ゾーン６４は、第１の境界輪郭５６を第１の充填セクション５８に横方向に結合する。

【0039】

図５Ｅに従って、第３の粉末層６６が第２の粉末層６２の上に分配される。図５Ｆに従って、エネルギービーム１８が第３の粉末層６６の上に走査され、第２の境界輪郭６８および第２の充填セクション７０を溶融する。第２の境界輪郭６８および第２の充填セクション７０はいずれも、第２の粉末層６２および第３の粉末層６６を介して溶融される。第２の境界輪郭６８は、第１の境界輪郭５６上に溶融される。第２の充填セクション７０は、第１の充填セクション５８上に溶融される。

【0040】

図５Ｇに従って、第４の粉末層７２が第３の粉末層６６の上に分配される。図５Ｈに従って、エネルギービーム１８が第４の粉末層７２の上を通過され、第３の粉末層６６および第４の粉末層７２を介して第２の接続ゾーン７４を溶融し、第１の接続ゾーン６４に融合する。第１の接続ゾーン６４は、第１の境界輪郭５６および第２の境界輪郭６８に融合され、かつ、第１の充填セクション５８および第２の充填セクション７０に融合される。第２の接続ゾーン７４は、第２の境界輪郭６８および第２の充填セクション７０に融合されるであろう。図５Ｅ～５Ｈの工程は、三次元物品４の形成を完了するまで繰り返される。

【0041】

図６Ａ～Ｄは、図４Ａ～Ｈと比較して代替的な例示的開始点を図示する断面図である。しかしながら、この図示は、以下に説明されるように必ずしも異なる方法または実施形態を示すものではない。

【0042】

図６Ａに従って、Ｎ番目の粉末層８０が分配される。Ｎ番目の粉末層は、表面の上に分配され、この表面は、構築平面、先に分配された粉末層、または先に作製された物品でもよい。

【0043】

例えば、Ｎ＝２と仮定すると、図６Ａの工程は図４Ｃのものと同等に扱われる。図６Ａには、この層の下に部分的に溶融した粉末層が存在することが示されていない。

【0044】

図６Ｂに従って、Ｎ番目の充填セクションが溶融される。Ｎ番目の充填セクションは、１つまたは２つの粉末層を通過しうる。

【0045】

例えば、図６Ｂを図４Ｄと同等のものであると仮定する。図６Ｂには、充填セクションがそれを介して溶融される下にある粉末層が図示されない。したがって、図６Ａ～Ｄのシーケンスは、図４Ｃ～Ｆのシーケンスと同等に扱われてもよい。

【0046】

図６Ｃに従って、粉末層Ｎ＋１が分配される。図６Ｄに従って、境界輪郭が粉末層ＮおよびＮ＋１を介して溶融される。

【0047】

上述において、溶融装置１６は、１つのエネルギービーム１８を放出するものとして図示される。溶融装置１６は、電子ビーム、粒子ビーム、および光子（レーザ）ビームの１つまたは複数を含みうる複数のエネルギービーム１８を放出してもよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態において、１つのビーム１８を用いて境界輪郭２４を形成し、異なるビーム１８を用いて充填セクション２５を形成する。さらに他の実施形態は、充填セクション２５を形成するために協調的に作動する複数のビーム１８、および、境界輪郭２４を形成するために１つまたは複数のビームを有してもよい。複数のビーム１８を用いるさらなる実装形態において、いくつかの個々のビームは、輪郭２５および充填セクション２５の両方を形成してもよい。複数のビーム１８の使用によって、粉末１５の層を選択的に溶融する速度が著しく増加しうる。

【0048】

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、特許請求の範囲に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。

【符号の説明】

【0049】

２ 三次元プリントシステム
４ 三次元物品
６ 構築モジュール
８ 電動プラットフォーム
１４ 粉末ディスペンサ
１５ 粉末
１６ 溶融装置
１８ エネルギービーム
２０ コントローラ
２４ 境界輪郭
２５ 充填セクション

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図5H】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【国際調査報告】