特表 2022-515460 複数のエネルギービームのための輪郭形成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】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-18

(54)【発明の名称】複数のエネルギービームのための輪郭形成を最適化する三次元プリントシステム

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/45 20210101AFI20220210BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220210BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220210BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220210BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20220210BHJP

   B22F 10/80 20210101ALI20220210BHJP

   B22F 10/31 20210101ALI20220210BHJP

【ＦＩ】

B22F12/45

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F10/28

B22F10/80

B22F10/31

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021537185

(86)(22)【出願日】2019-12-04

(85)【翻訳文提出日】2021-08-19

(86)【国際出願番号】 US2019064440

(87)【国際公開番号】W WO2020139526

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】62/785,317

(32)【優先日】2018-12-27

(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】レイ，ナチケタ

(72)【発明者】

【氏名】プラス，ジャン

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

三次元（３Ｄ）物品を形成するためのシステム（２）は、粉末ディスペンサ（１４）、溶融装置（１６）、およびコントローラ（２０）を備える。複数のエネルギービーム（１８）は、第１のビームおよび第２のビームを含む。コントローラは、粉末ディスペンサを作動して粉末層（１５）を分配し、溶融装置を作動して当該粉末層を選択的に溶融するよう構成される。溶融装置を作動する工程は、第１のビームを作動して粉末層の第１の領域の上に第１のハッチパターン（３２）を溶融する工程、および、少なくとも第２のビームを作動して当該ハッチパターンの境界となる輪郭（３０）を溶融する工程を含む。輪郭は、当該輪郭に沿ったＮ回の走査から形成される。Ｎは、少なくとも１つに等しい整数である。Ｎは、エネルギービームの少なくとも２つの間の側方アラインメント不確実性により決定される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元（３Ｄ）物品を形成するシステムであって、該システムが、
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、非揮発性メモリに接続されたプロセッサを含み、前記メモリはソフトウェア命令を記憶し、前記プロセッサによる実行に応じて前記ソフトウェア命令によって前記コントローラは、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融する工程は、
前記第１のビームを作動して前記粉末層の第１の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動して前記第１のハッチパターンの境界となる輪郭を溶融する工程であって、前記輪郭は該輪郭に沿ったＮの走査から形成され、Ｎは１以上の整数であり、Ｎは前記エネルギービームの少なくとも２つの間の側方アラインメント不確実性により特定される、工程
を含む、システム。

【請求項2】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記コントローラがさらに、前記第３のビームを作動して、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパター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3】

前記溶融装置が、構築平面の上で粉末を処理および溶融するよう動作可能であり、前記複数のエネルギービームの少なくとも１つが、構築平面全体を処理するよう動作可能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4】

前記コントローラがさらに、
前記側方アラインメント不確実性を特定または受信し；かつ
前記側方アラインメント不確実性に基づいてＮを計算する
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5】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に概して比例することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記第２のビームが第２のハッチパターンを溶融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9】

三次元（３Ｄ）物品を製造する方法であって、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定する工程；および
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定する工程
を含み、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関し、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、方法。

【請求項10】

前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配する工程；および
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程
をさらに含み、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記方法がさらに、前記第３のビームを作動して前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

三次元（３Ｄ）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、該コンピュータ可読記憶媒体が、非一過性であり、内部に記憶されるコンピュータ可読プログラムコード部分を有し、プロセッサによる実行に応じて前記コンピュータ可読プログラムコード部分によって三次元（３Ｄ）プリントシステムは、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定し；かつ
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定し、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関し、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。

【請求項16】

前記プロセッサによる実行に応じてさらに、三次元（３Ｄ）プリントシステムが、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；かつ
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項17】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記プロセッサによる実行によってさらに、前記三次元（３Ｄ）プリントシステムが、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融することを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項18】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項19】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項20】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１５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１２月２７日出願のＮａｃｈｉｋｅｔａ Ｒａｙらによる「ＴＨＲＥＥ－ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＯＰＴＩＭＩＺＩＮＧ ＣＯＮＴＯＵＲ ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＮＥＲＧＹ ＢＥＡＭＳ」と題された米国仮特許出願第６２／７８５，３１７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。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】

【0004】

複数のエネルギービームを用いる１つの課題は、境界または輪郭における１つのエネルギービームの使用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】

【0005】

本開示の第１の態様において、三次元（３Ｄ）物品を形成するためのシステムは、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。粉末ディスペンサは、個々の粉末層を連続的に分配するためのものである。溶融装置は、分配された粉末層の上面である構築平面に亘って複数のエネルギービームを生成および走査するよう構成される。複数のエネルギービームは、第１のビームおよび第２のビームを含む。コントローラは、粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し、溶融装置を作動して当該粉末層を選択的に溶融するよう構成される。溶融装置を作動する工程は、第１のビームを作動して粉末層の第１の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程、および、少なくとも第２のビームを作動して当該ハッチパターンの境界となる輪郭を溶融する工程を含む。輪郭は、当該輪郭に沿ったＮ回の走査から形成される。走査は、様々の方向の軸Ｓに沿って走査され、しばしばＳに垂直な横軸Ｔによってオフセットされて、横軸に関して輪郭を広げる。Ｎは、少なくとも１に等しい整数である。Ｎは、エネルギービームの少なくとも２つの間の側方アラインメント不確実性（lateral alignment uncertainty）により決定される。

【0006】

側方アラインメント不確実性は、較正処理中に特定できる。較正処理は、連続的に行われてもよく、周期的に行われてもよい。較正処理は、複数のエネルギービームを互いに関して側方にアラインメントをとる工程を含む。側方にアラインメントをとるとは、所定のセットの入力座標について、複数のビームが概して構築平面上の単一の位置に衝突することを意味する。較正処理はまた、平均位置の周りにおけるビームのアラインメントの側方の位置変動を特定する工程を含む。任意の２つのビームについてのアラインメント不確実性は、２つのビームの結合側方位置変動と等しい。この結合位置変動は、１、２または３標準偏差と等しくてもよい（ガウス変動（gaussian variability）を想定して）。

【0007】

複数のエネルギービームの数は変動しうる。複数のエネルギービームは、第３のビームを含んでもよい。コントローラは、第２のビームを作動して、輪郭を溶融する前または後に、第２のハッチパターンを溶融することができる。コントローラは、第３のビームを作動して、粉末層の第３の領域の上に第３のハッチパターンを溶融することができる。溶融装置は、側方構築平面の上で粉末を処理し溶融するよう動作可能である。エネルギービームの少なくとも１つは、構築平面全体を処理するように動作可能である。複数のエネルギービームの作動は、同時でもよい。

【0008】

１つの実装形態において、コントローラは、側方アラインメント不確実性を特定し、当該アラインメント不確実性に基づいてＮを計算するよう動作可能である。Ｎは、側方アラインメント不確実性に単調に関連しうる。Ｎは、側方アラインメント不確実性に概して比例してもよい。Ｎに輪郭走査の溶融幅を乗じたものは、側方アラインメント不確実性に少なくとも等しい。

【0009】

別の実装形態において、コントローラは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を含む３Ｄプリンタハードウェアと物理的に一体化するまたはそれに収容される統合モジュールである。

【0010】

さらに別の実装形態において、コントローラは、ローカルコントローラ、ホストデバイス、モバイルデバイス、および遠隔サーバの２つ以上を含む多くの異なるデバイス間に割り当てられる。ローカルコントローラは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を含む３Ｄプリンタハードウェアと物理的に一体化するまたはそれに収容されてもよい。ホストデバイスは、３Ｄプリンタハードウェアと別個に収容されるデスクトップコンピュータでもよい。モバイルデバイスは、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、または別の携帯型クライアント装置でもよい。遠隔サーバは、３Ｄプリンタハードウェアに局所的なシステムの部分によりインターネットによってアクセス可能でありうる。

【0011】

本開示の第２の態様において、３Ｄ物品を製造する方法は、システムについて側方アラインメント不確実性を特定する工程およびハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定する工程を含む。システムは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を含む。粉末ディスペンサは、個々の粉末層を連続的に分配するためのものである。溶融装置は、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、粉末層を選択的に溶融するためのものである。側方アラインメント不確実性は、少なくとも第１のビームおよび第２のビームに関する。数Ｎは、少なくとも０に等しい整数である。決定は、側方アラインメント不確実性に基づく。複数のエネルギービームは、第３のビームを含んでもよい。

【0012】

１つの実装形態において、本発明の方法はさらに、粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配する工程、および、溶融装置を作動して分配された粉末層を選択的に溶融する工程を含む。溶融装置を作動する工程は、複数のエネルギービームを作動する工程を含み、少なくとも第１のビームを作動して粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程および少なくとも第２のビームを作動して輪郭に沿ってＮ回の連続的な走査を用いて輪郭を溶融する工程を含む。複数のエネルギービームは、第３のビームを含んでもよい。ビームを作動する工程は、少なくとも部分的に同時でもよい。溶融装置を作動する工程は、第２のビームを作動して、輪郭を溶融する前または後に、第２のハッチパターンを溶融する工程を含んでもよい。溶融装置を作動する工程は、第３のビームを作動して第３のハッチパターンを溶融する工程を含んでもよい。

【0013】

別の実装形態において、Ｎは、側方アラインメント不確実性に単調に関連しうる。Ｎは、側方アラインメント不確実性に比例してもよい。Ｎに溶融幅を乗じたものは、側方アラインメント不確実性に少なくとも等しくなりうる。

【0014】

本開示の第３の態様において、コンピュータ可読記憶媒体が、三次元（３Ｄ）物品を製造するためのものである。コンピュータ可読記憶媒体は、非一過性であり、内部に記憶されるコンピュータ可読プログラムコード部分を有する。プロセッサによる実行に応じて、コンピュータ可読コード部分は、３Ｄプリントシステムに、システムについての側方アラインメント不確実性を特定させ、輪郭を形成するための走査の数Ｎを決定させる。システムは、粉末ディスペンサおよび溶融装置を含む。粉末ディスペンサは、個々の粉末層を連続的に分配するためのものである。溶融装置は、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、粉末層を選択的に溶融するためのものである。側方アラインメント不確実性は、少なくとも第１のビームおよび第２のビームに関する。数Ｎは、少なくとも０に等しい整数である。決定は、側方アラインメント不確実性に基づく。複数のエネルギービームは、第３のビームを含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】三次元（３Ｄ）物品を作製するための三次元（３Ｄ）プリントシステムの概略ブロック図

【図2】複数のエネルギービーム間の側方アラインメント不確実性に基づき輪郭を形成するために必要な輪郭走査の数を特定するための、コントローラによって実行される方法の実施形態を示すフローチャート

【図3】選択的に溶融されている粉末層の水平断面の実施形態を示す図

【図4】輪郭走査の数Ｎが１に等しい、輪郭およびハッチパターンを示す図

【図5A】ハッチパターンが輪郭の溶融幅の外側に伸長し表面粗さを増加する、単一の走査輪郭およびハッチパターンを示す図

【図5B】ハッチパターン溶融パターンが輪郭溶融パターンと交わらず表面欠陥が生じる、単一の走査輪郭およびハッチパターンを示す図

【図6】輪郭が３つの輪郭走査から形成される、輪郭およびハッチパターンを示す図であって、３つの輪郭走査は、変動軸Ｓに沿って走査され、横軸Ｔに沿って互いに相互オフセットされる、図

【図7】輪郭が５つの輪郭走査から形成される、輪郭およびハッチパターンを示す図であって、５つの輪郭走査は、変動軸Ｓに沿って走査され、横軸Ｔに沿って互いに相互オフセットされる、図

【図8】三次元（３Ｄ）物品を製造する方法を示すフローチャート

【図9】三次元（３Ｄ）物品を製造する特定の方法を示すフローチャート

【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、互いに直交する軸ＳおよびＴを用いてもよい。軸Ｓは、輪郭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）とアラインメントされる。「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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

溶融装置１６は、分配された粉末１５の上面１２に亘って複数のエネルギービーム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。

【0020】

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に概して近接するまたは一致する、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が動作しうる。特定の実施形態において、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。

【0021】

複数のエネルギービームは、側方アラインメント不確実性を有する。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、側方アラインメント誤差が存在する。この誤差は、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。各ビームを特定の点に繰り返し集めるようとする場合、側方アラインメント公差は、実際の位置の３標準偏差によって境界付けられる円と同等でありうる。

【0022】

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、情報記憶装置に接続されるプロセッサを含む。情報記憶装置は、ソフトウェア命令を記憶する非一過性または非揮発性記憶装置を含む。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。情報記憶装置は、コンピュータ可読記憶媒体とも称される。

【0023】

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。

【0024】

図２は、コントローラ２０により実行される方法２２の実施形態を示すフローチャートである。２４に従って、コントローラは、複数のエネルギービーム１８の少なくとも２つの異なるエネルギービーム１８間の側方アラインメント不確実性を評価する。アラインメント不確実性は通常、構築平面１９内で軸Ｔに沿って画定される。ある実施形態において、側方アラインメント不確実性は、エネルギービーム１８の２つ以上の対について評価できる。代替的な実施形態において、ユーザは、側方アラインメント不確実性を入力できる。

【0025】

２６に従って、横方向のオフセット走査の数Ｎが、輪郭を形成するために選択される。数Ｎは、少なくとも部分的に側方アラインメント不確実性に基づいて選択される。１つの実施形態において、Ｎについて選択された値は、側方アラインメント不確実性の単調に増加する関数でもよい。別の実施形態において、Ｎについて選択された値は、側方アラインメント不確実性に概して比例してもよい。さらに別の実施形態において、Ｎについて選択された値に溶融幅を乗じたものは、側方アラインメント不確実性に少なくとも等しい。溶融幅は、エネルギービームが軸Ｓに沿って走査する際の横軸Ｔに沿った融合幅として画定される。

【0026】

工程２４の一部として、溶融装置１６は、較正処理を用いて較正されてもよい。較正処理の一部は、エネルギービーム１８を側方にアラインメントをとることである。ビーム１８を側方にアラインメントをとるために使用できる多くの技術がある。１つの実施形態において、検出システム（図示せず）を提供して、構築平面１９に位置する基板表面上のどこにエネルギービームが衝突するかを検出する。個々のビームについて、コントローラは、溶融装置１６を方向づけ、表面上の特定の位置に衝突するようビームを方向付ける。次いで、検出システムは、衝突の実際の位置を特定する。コントローラ２０は、実際の位置を意図された位置と比較し、次いで、ＸおよびＹにおける横方向の誤差を計算する。これは、平均誤差および標準偏差を特定するために何度も繰り返されてもよい。異なるビーム１８についての平均誤差を用いてビームのアラインメントをとることができる。標準偏差（単一の意図された位置についての横方向の変動）を用いて側方アラインメント不確実性を特定することができる。

【0027】

図３は、選択的に溶融されている粉末層１５の水平断面を示す図である。図示された実施形態において、ハッチパターン３２を囲む外側輪郭３０を用いて、楕円形状が溶融されている。図示された実施形態において、矢印は、輪郭を形成するための可変走査方向Ｓを示す。図示された実施形態において、ハッチパターン３２は、第１のエネルギービーム１８により形成される。

【0028】

図示された実施形態において、ハッチパターン３２は、ビーム走査の往復処理およびシーケンスを含み、ハッチパターン内の粉末１５の全領域を固化する。往復処理は、隣接する走査について反対のまたは逆の矢印の方向によって図３に示される。図示されたハッチパターンは、ハッチパターン３２の全高さを下方に走査し、次いで、溶融幅だけ右側に増分して、ハッチパターン３２の全高さについて上方に走査し、次いで、溶融幅だけ右側に増分し、以下同様である。走査は垂直なものとして図示されるが、水平方向の走査間で垂直方向の増分的な移動をする水平方向でもよい。走査はまた、ＸおよびＹに関して斜めでもよい。増分的な溶融幅移動は、概して、走査方向に必ずしも正確に横方向ではない。

【0029】

輪郭３０は、第２のエネルギービーム１８によって形成される。輪郭３０を形成するために使用される走査数Ｎは、第２のビーム１８に関する第１のビーム１８の側方アラインメント不確実性の関数である。別の例示的な実施形態において、第１のエネルギービーム１８を利用して、ハッチパターン３２の第１の部分を形成する。第２のエネルギービーム１８を使用して、輪郭３０およびハッチパターン３２の第２の部分を形成する。第１および第２のエネルギービーム１８は、同時に作動する。

【0030】

図４は、輪郭走査の数Ｎが１に等しい、輪郭３０およびハッチパターン３２を示す図である。ハッチパターン３２は、第１のエネルギービーム１８の走査の連続シーケンス３４から形成される。エネルギービーム１８が走査をする際、走査方向に横方向であり、走査間の横方向距離以上である大きさを有する溶融幅が存在する。

【0031】

軸Ｓに沿った第２のエネルギービーム１８の単一の輪郭走査３６は、輪郭３０を画定する。この実施形態において、第１と第２のエネルギービーム１８間の側方アラインメント不確実性は十分に小さく、単一の走査によって優れた材料特性および輪郭３０に沿った円滑な仕上げが提供される。

【0032】

図５Ａおよび５Ｂは、側方アラインメント不確実性を示す図であり、２つ以上の輪郭走査３６が必要とされるが、単一の輪郭走査のみが説明のために用いられる。図５Ａについて、ハッチ走査３４は、＋Ｔ方向に極端にかつ単一走査３６輪郭３０の外側の領域に伸長する。その結果、３Ｄ物品４の外面における表面粗さが増加する。図５Ｂについて、ハッチ走査３４は、＋Ｔ方向に十分には伸長しない。ハッチ走査３４の溶融ゾーンは、輪郭走査３６の溶融ゾーンに到達しない。その結果、輪郭３０とハッチパターン３２との間に未溶融の粉末が存在する。その結果、表面下の欠陥が生じ、３Ｄ物品４の表面近くの材料が該して弱くなる。

【0033】

図６は、Ｎ＝３であるハッチパターン３２および輪郭３０を示す図である。ハッチ走査３４の名目上の（nominal）（指定の）アラインメントも図示される。Ｎ＝３にすることによって、Ｔに沿った側方アラインメント不確実性が、最大で輪郭走査３６の溶融幅の１～１．５倍に概ね等しくなることが可能となる。実際には、輪郭走査３６はオーバーラップを有し、３つの輪郭走査３６が輪郭３０の幅の少なくとも２倍である。

【0034】

図７は、Ｎ＝５であるハッチパターン３２および輪郭３０を示す図である。ハッチ走査３４の名目上の（指定の）アラインメントも図示される。Ｎ＝５にすることによって、Ｔに沿った側方アラインメント不確実性が、最大で輪郭走査３６の溶融幅の１．５～２．５倍になることが可能となる。実際には、輪郭走査３６はオーバーラップを有し、５つの輪郭走査３６が、単一の走査に関する輪郭３０の幅の少なくとも３倍である。

【0035】

図８は、３Ｄ物品４を製造する方法４０を示すフローチャートである。４２に従って、コントローラ２０は、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１８間の側方アラインメント不確実性を評価する。４４に従って、輪郭走査の数Ｎは、少なくとも側方アラインメント不確実性に基づいて決定される。

【0036】

４６に従って、コントローラ２０は粉末ディスペンサ１４を作動し、粉末層１５を分配する。４８に従って、コントローラ２０は少なくとも第１のエネルギービームを作動し、構築平面１９の上でハッチパターン３２を走査して３Ｄ物品４の領域を固化する。５０に従って、コントローラ２０は少なくとも第２のエネルギービームを作動し、変動する輪郭軸Ｓに沿ったＮの別個の走査を用いて輪郭３０を固化する。Ｎの別個の走査は、横軸Ｔに沿って互いに横方向にオフセットされる。横軸Ｔに沿った輪郭Ｓの全体の幅は、Ｎに溶融幅を乗じたものから走査の累積オーバーラップを減じたものに等しい。工程４６～５０は、選択的に溶融された粉末のそれぞれの層について繰り返される。

【0037】

ある実施形態において、工程４８は工程５０の前に起こる。別の実施形態において、工程４８および５０は同時に起こる。さらに別の実施形態において、工程４８は工程５０の後に起こる。異なるバリエーションが可能である。これらの工程に必要な時間を最小限にするために、工程４８と５０との間の時間的なオーバーラップまたは並行処理が好ましい。図９は、そのようなバリエーションをより詳細に説明することを意図される。

【0038】

図９は、３Ｄ物品４を製造する特定の方法６０を示すフローチャートである。図９の工程６２～６６は、図８の工程４２～４６とそれぞれ同様である。

【0039】

工程６８は、工程６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、および６８Ｄのグループであり、これらの工程は、時間的な効率化のために少なくとも部分的に同時に起こり、特定の順序ではない。６８Ａに従って、第１のビーム１８は第１のハッチパターン１８を溶融する。６８Ｂに従って、第２のビーム１８は、変動する輪郭Ｓに沿ってＮの別個の走査を用いて輪郭３０を溶融する。Ｎの別個の走査は、横軸Ｔに沿って互いに横方向にオフセットされる。横軸Ｔに沿った輪郭Ｓの全体の幅は、Ｎに溶融幅を乗じたものから走査の累積オーバーラップを減じたものに等しい。６８Ｃに従って、第２のビーム１８を用いて第２のハッチパターン３２を溶融する。６８Ｄに従って、第３のビーム１８を用いて第３のハッチパターン３２を溶融する。工程６６～６８は、選択的に溶融された粉末層について繰り返される。

【0040】

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】

【0041】

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
３０ 輪郭
３２ ハッチパターン
３４ ハッチ走査
３６ 輪郭走査

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2021-08-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元（３Ｄ）物品を形成するシステムであって、該システムが、
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、非揮発性メモリに接続されたプロセッサを含み、前記メモリはソフトウェア命令を記憶し、前記プロセッサによる実行に応じて前記ソフトウェア命令によって前記コントローラは、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融する工程は、
前記第１のビームを作動して前記粉末層の第１の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動して前記第１のハッチパターンの境界となる輪郭を溶融する工程であって、前記輪郭は該輪郭に沿ったＮの走査から形成され、Ｎは１以上の整数であり、Ｎは前記エネルギービームの少なくとも２つの間の側方アラインメント不確実性により特定され、該側方アラインメント不確実性は前記２つのビームの結合側方位置変動と等しい、工程
を含む、システム。

【請求項2】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記コントローラがさらに、前記第３のビームを作動して、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパター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3】

前記溶融装置が、構築平面の上で粉末を処理および溶融するよう動作可能であり、前記複数のエネルギービームの少なくとも１つが、構築平面全体を処理するよう動作可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記コントローラがさらに、
前記側方アラインメント不確実性を特定または受信し；かつ
前記側方アラインメント不確実性に基づいてＮを計算する
よう構成されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に比例することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記第２のビームが第２のハッチパターンを溶融することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

三次元（３Ｄ）物品を製造する方法であって、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定する工程；および
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定する工程
を含み、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関しかつ前記２つのビームの結合側方位置変動に等しく、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、方法。

【請求項10】

前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配する工程；および
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程
をさらに含み、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記方法がさらに、前記第３のビームを作動して前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

三次元（３Ｄ）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、該コンピュータ可読記憶媒体が、非一過性であり、内部に記憶されるコンピュータ可読プログラムコード部分を有し、プロセッサによる実行に応じて前記コンピュータ可読プログラムコード部分によって三次元（３Ｄ）プリントシステムは、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定し；かつ
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定し、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関し、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。

【請求項16】

前記プロセッサによる実行に応じてさらに、三次元（３Ｄ）プリントシステムが、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；かつ
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項17】

前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記プロセッサによる実行によってさらに、前記三次元（３Ｄ）プリントシステムが、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融することを特徴とする、請求項１５または１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項18】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、請求項１５～１７のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項19】

Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、請求項１５～１７のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【請求項20】

Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１５～１７のいずれか一項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0040】

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。
他の実施形態
１． 三次元（３Ｄ）物品を形成するシステムであって、該システムが、
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、非揮発性メモリに接続されたプロセッサを含み、前記メモリはソフトウェア命令を記憶し、前記プロセッサによる実行に応じて前記ソフトウェア命令によって前記コントローラは、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末層を選択的に溶融する工程は、
前記第１のビームを作動して前記粉末層の第１の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動して前記第１のハッチパターンの境界となる輪郭を溶融する工程であって、前記輪郭は該輪郭に沿ったＮの走査から形成され、Ｎは１以上の整数であり、Ｎは前記エネルギービームの少なくとも２つの間の側方アラインメント不確実性により特定される、工程
を含む、システム。
２． 前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記コントローラがさらに、前記第３のビームを作動して、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融するよう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載のシステム。
３． 前記溶融装置が、構築平面の上で粉末を処理および溶融するよう動作可能であり、前記複数のエネルギービームの少なくとも１つが、構築平面全体を処理するよう動作可能であることを特徴とする、実施形態１に記載のシステム。
４． 前記コントローラがさらに、
前記側方アラインメント不確実性を特定または受信し；かつ
前記側方アラインメント不確実性に基づいてＮを計算する
よう構成されることを特徴とする、実施形態１に記載のシステム。
５． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、実施形態４に記載のシステム。
６． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に概して比例することを特徴とする、実施形態４に記載のシステム。
７． Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント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４に記載のシステム。
８． 前記第２のビームが第２のハッチパターンを溶融することを特徴とする、実施形態１に記載のシステム。
９． 三次元（３Ｄ）物品を製造する方法であって、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定する工程；および
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定する工程
を含み、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関し、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、方法。
１０． 前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配する工程；および
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程
をさらに含み、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、実施形態９に記載の方法。
１１． 前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記方法がさらに、前記第３のビームを作動して前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融する工程を含むことを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。
１２． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、実施形態９に記載の方法。
１３． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、実施形態９に記載の方法。
１４． Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント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９に記載の方法。
１５． 三次元（３Ｄ）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、該コンピュータ可読記憶媒体が、非一過性であり、内部に記憶されるコンピュータ可読プログラムコード部分を有し、プロセッサによる実行に応じて前記コンピュータ可読プログラムコード部分によって三次元（３Ｄ）プリントシステムは、
システムについて側方アラインメント不確実性を特定し；かつ
ハッチパターンの境界となる輪郭を形成するための走査の数Ｎを特定し、
前記システムは、個々の粉末層を連続的に分配するための粉末ディスペンサ、および、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て前記粉末層を選択的に溶融するための溶融装置を備え、前記側方アラインメント不確実性は、少なくとも前記第１のビームおよび前記第２のビームに関し、
Ｎは、少なくとも１に等しい整数であり、前記Ｎの特定は、前記側方アラインメント不確実性に少なくとも部分的に基づく
ことを特徴とする、コンピュータ可読記憶媒体。
１６． 前記プロセッサによる実行に応じてさらに、三次元（３Ｄ）プリントシステムが、
前記粉末ディスペンサを作動して粉末層を分配し；かつ
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融し、
前記溶融装置を作動して前記粉末を選択的に溶融する工程が、
少なくとも前記第１のビームを作動して前記粉末層の領域の上に第１のハッチパターンを溶融する工程；および
少なくとも前記第２のビームを作動してＮの走査を用いて輪郭を溶融する工程
を含むことを特徴とする、実施形態１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
１７． 前記複数のエネルギービームが第３のビームを含み、前記プロセッサによる実行によってさらに、前記三次元（３Ｄ）プリントシステムが、前記粉末層の第２の領域の上に第２のハッチパターンを溶融することを特徴とする、実施形態１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
１８． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に単調に関連することを特徴とする、実施形態１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
１９． Ｎが、前記側方アラインメント不確実性に実質的に比例することを特徴とする、実施形態１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
２０． Ｎに溶融幅を乗じたものが、前記側方アラインメント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１５に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

【国際調査報告】