JP6973721B2 - 荷電粒子ビームを使用した積層造形に関する改善 - Google Patents
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Description
Claims (25)
- 荷電粒子ビームを使用して金属粉末床内の金属粉末を融合させて生成物を層ごとに形成する積層造形における電荷緩和の方法であって、
荷電粒子ビームを形成し、前記荷電粒子ビームを金属粉末の粉末床に入射するように誘導し、粉末を所望の層形状へと融合させるために前記粉末床にわたって走査するように、荷電粒子ビーム光学システムを使用する段階と、
前記荷電粒子ビームを誘導している間に、前記荷電粒子ビームの近傍に荷電粒子とは反対の電荷の中和粒子を生成し、前記中和粒子が前記粉末床の粉末の前記荷電粒子へと引き付けられるように、中和粒子源を使用する段階と、
前記中和粒子源によって生じる前記荷電粒子ビームの乱れを補償するための補正が適用された制御信号を使用して、前記荷電粒子ビームを誘導する段階と
を備える、方法。 - 前記荷電粒子ビームは電子ビームであり、前記中和粒子は正に帯電したイオンである、請求項1に記載の方法。
- 前記中和粒子源はイオン源であり、前記方法は、不活性ガスの正イオンを生成すべく前記イオン源を使用する段階を備える、請求項2に記載の方法。
- 前記不活性ガスはヘリウムである、請求項3に記載の方法。
- 前記正に帯電したイオンを生成すべく、前記中和粒子源としてプラズマ源を使用する段階を備える、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記荷電粒子ビームは正に帯電したイオンビームであり、前記中和粒子は電子である、請求項1に記載の方法。
- 前記中和粒子源は電子源であり、前記方法は、電子を生成すべく前記電子源を使用する段階を備える、請求項6に記載の方法。
- 前記中和粒子源の上流において前記中和粒子と同じ極性の電位を設定するための電極を使用する段階を備え、それにより、中和粒子が前記電極を越えて前記荷電粒子ビーム光学システムまで移動することを防止する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記補正は、前記粉末床における与えられた所望の荷電粒子ビーム位置に対する必要な補正を提供するルックアップテーブルから得られる、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記中和粒子源が動作している間に、前記粉末床における一連の予想される荷電粒子ビーム位置を通るように前記荷電粒子ビームを走査する最初の段階と、
前記予想される荷電粒子ビーム位置のそれぞれに対し、前記粉末床における前記荷電粒子ビームの対応する実際の位置を測定する段階と、
予想される荷電粒子ビーム位置と実際の荷電粒子ビーム位置との対応する各ペアの間の差を補償するための補正を計算する段階と、
ルックアップテーブルに前記補正を格納する段階と
をさらに備える、請求項9に記載の方法。 - 荷電粒子源、前記荷電粒子源により提供される荷電粒子からビームを形成するように動作可能な荷電粒子ビーム形成装置、および、前記荷電粒子ビーム形成装置により形成された荷電粒子ビームを誘導するように動作可能な荷電粒子ビーム誘導装置を有する荷電粒子光学アセンブリと、
粉末を吐出するように動作可能な少なくとも1つのホッパと、
前記少なくとも1つのホッパにより前記荷電粒子ビームを受け取るための粉末床を画定する体積で吐出された前記粉末を受け取るように配置されたテーブルであって、前記荷電粒子ビーム誘導装置は、前記粉末床にわたって前記荷電粒子ビームを走査するように動作可能である、テーブルと、
前記粉末床に入射される前に前記荷電粒子ビームが通り抜けるチャンバと、
前記荷電粒子ビームの近傍に前記チャンバ中の前記荷電粒子とは反対の電荷の中和粒子を提供するように動作可能な中和粒子源であって、前記中和粒子が、前記荷電粒子ビームおよび前記荷電粒子ビームによって生じた帯電した粉末粒子に引き付けられる、中和粒子源と、
前記荷電粒子光学アセンブリの動作を制御するように動作可能なコントローラであって、前記荷電粒子ビーム誘導装置に制御信号を提供し、前記制御信号によって、前記荷電粒子ビーム誘導装置に前記粉末床にわたって前記荷電粒子ビームを走査させて、所望の層形状へと粉末を融合するように動作可能なコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記中和粒子源によって生じる前記荷電粒子ビームの乱れを補償するために、前記制御信号に対して補正を適用するように動作可能である、積層造形装置。 - 前記荷電粒子ビームは電子ビームであり、前記中和粒子は正に帯電したイオンである、請求項11に記載の積層造形装置。
- 前記チャンバ内の熱シールドおよび電極プレートが、電気的に絶縁され、前記中和粒子を集束および拘束すべく印加されたバイアス電位を有する、請求項12に記載の積層造形装置。
- 前記中和粒子源は、前記チャンバの外部に配置され、ドリフト管によって前記チャンバに連結される、請求項13に記載の積層造形装置。
- 前記ドリフト管は集束手段を有する、請求項14に記載の積層造形装置。
- 前記中和粒子源はプラズマ源である、請求項12から請求項15のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記正に帯電したイオンはヘリウムのイオンである、請求項12から請求項16のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記中和粒子源は、前記正に帯電したイオンを封じ込めるためのDC磁場を生成するように動作可能なDCプラズマ源である、請求項12から請求項17のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記中和粒子源はECRまたはRFイオン源である、請求項12から請求項15のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記荷電粒子ビームは正に帯電したイオンビームであり、前記中和粒子は電子である、請求項11に記載の積層造形装置。
- 前記荷電粒子光学アセンブリと前記中和粒子源との間の、前記荷電粒子ビームが移動する経路に配置され、前記荷電粒子光学アセンブリへの移動に対して中和粒子をはね返すよう配置された電極をさらに備える、請求項11から請求項20のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記電極は、前記中和粒子と同じ電荷でバイアスされるように構成される、請求項21に記載の積層造形装置。
- 前記電極は、貫通したアパーチャが設けられた金属プレートであって、前記荷電粒子ビーム誘導装置が前記荷電粒子ビームを誘導して前記アパーチャを通り抜けさせるよう動作可能なように配置された金属プレートを有する、請求項22に記載の積層造形装置。
- 前記コントローラは、前記粉末床における与えられた所望の荷電粒子ビーム位置に対する必要な補正を提供するルックアップテーブルから前記補正を取得する、請求項11から請求項23のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記ルックアップテーブルに格納された前記補正は、前記中和粒子源が動作している間に、前記粉末床における一連の予想される荷電粒子ビーム位置を通るように前記荷電粒子ビームを走査すること、前記予想される荷電粒子ビーム位置のそれぞれに対し、前記粉末床における前記荷電粒子ビームの対応する実際の位置を測定すること、および、予想される荷電粒子ビーム位置と実際の荷電粒子ビーム位置との対応する各ペア間の差を補償するための補正を計算することによって得られたものである、請求項24に記載の積層造形装置。
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