CN107530832A - 增材加工用头和加工机械 - Google Patents

Abstract

增材加工用头具备：喷嘴部，其用于喷出材料粉末；旋转构件(76)，其与喷嘴部连接，形成有将材料粉末向喷嘴部引导的材料粉末通路(91)，该旋转构件(76)旋转，以使喷嘴部在朝向工件照射的激光的周围沿着周向移动；以及固定构件(71)，其形成有供材料粉末导入的材料粉末通路(92)，在旋转构件(76)的旋转轴线方向上与旋转构件(76)连续设置。在固定构件(71)和旋转构件(76)之间形成有材料粉末通路(93)，该材料粉末通路(93)与材料粉末通路(91)和材料粉末通路(92)连通，绕旋转构件(76)的旋转轴线呈环状延伸。利用这样的结构，提供一种利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部供给材料粉末的机构的增材加工用头。

Description

增材加工用头和加工机械

技术领域

本发明涉及增材加工用头和加工机械。

背景技术

作为以往的使用了增材加工的物品的制造方法，例如在日本特开2008-190038号公报中公开有一种激光近形制造(LNSM)方法，该激光近形制造(LNSM)方法用于对叶轮、压缩机叶片、涡轮叶片和压缩机构成零件那样的物品进行制作和修补(专利文献1)。在LNSM方法中，使用激光，并使用自适应刀具路径堆积法(日文：適応ツールパス堆積法)，在基础材料上准确地熔覆金属粉末的薄层，从而形成三维几何学形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-190038号公报

发明内容

发明要解决的问题

作为通过附着材料而使工件形成三维形状的方法，存在增材加工法(Additivemanufacturing)。在增材加工中，在加工前后，工件的质量增加。在使用了这样的增材加工的工件的加工工序中，一边使工件和增材加工用头相对移动，一边从增材加工用头朝向工件喷出材料粉末并且照射激光、电子束等能量线。此时，在工件和增材加工用头的相对移动方向与材料粉末相对于工件的喷出方向之间，存在材料粉末向工件附着的附着效率良好的最佳的角度关系。

另一方面，工件和增材加工用头的相对移动方向随着加工的进行而变化。因此，为了在工件和增材加工用头的相对移动方向与材料粉末相对于工件的喷出方向之间保持最佳的角度关系，需要使用于喷出材料粉末的喷嘴部在能量线的周围沿着周向移动。然而，在喷嘴部在能量线的周围无限旋转的增材加工用头中，难以将用于向喷嘴部供给材料粉末的机构设为简易的结构。

因此，本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部供给材料粉末的机构的增材加工用头、以及具备那样的增材加工用头的加工机械。

用于解决问题的方案

根据本发明的增材加工用头是能够一边向工件喷出材料粉末并且照射能量线一边相对移动的增材加工用头。增材加工用头具备：喷嘴部，其用于喷出材料粉末；旋转构件，其与喷嘴部连接，形成有将材料粉末向喷嘴部引导的第1材料粉末通路，该旋转构件旋转以使喷嘴部在朝向工件照射的能量线的周围沿着周向移动；以及固定构件，其形成有供材料粉末导入的第2材料粉末通路，在旋转构件的旋转轴线方向上与旋转构件连续设置。在固定构件和旋转构件之间形成有第3材料粉末通路，该第3材料粉末通路与第1材料粉末通路和第2材料粉末通路连通，绕旋转构件的旋转轴线呈环状延伸。

根据本发明的加工机械是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备：上述的增材加工用头；工件保持部，其用于保持工件；以及刀具保持部，其用于保持用于进行工件的减材加工的刀具。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部供给材料粉末的机构的增材加工用头、以及具备那样的增材加工用头的加工机械。

附图说明

图1是表示具备本发明的实施方式1中的增材加工用头的加工机械的立体图。

图2是表示图1中的增材加工用头的内部构造的立体图。

图3是表示图1中的增材加工用头的内部构造的另一立体图。

图4是示意性地表示图1中的增材加工用头的光学系统的图。

图5是表示图1中的增材加工用头的顶端部的立体图。

图6是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。

图7是表示对工件进行的增材加工的一个例子的立体图。

图8是表示在图7中的增材加工中、工件和增材加工用头的相对移动方向与材料粉末的喷出方向之间的关系的图。

图9是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的立体图。

图10是用于说明图9中的材料粉末的供给机构的内部构造的剖视图。

图11是将图9和图10中的固定构件和旋转构件中的材料粉末通路的路径以平面的方式展开来表示的示意图。

图12是表示图11中的材料粉末通路中的材料粉末的流动的变化的图。

图13是放大地表示图11中的由双点划线XIII围着的范围的剖视图。

图14是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第1变形例的立体图。

图15是表示图14中的增材加工用头中的旋转构件的立体图。

图16是将图14中的固定构件和旋转构件中的材料粉末通路的路径以平面的方式展开来表示的示意图。

图17是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第2变形例的示意图。

图18是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第3变形例的示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下，在参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同的附图标记。

(实施方式1)

图1是表示具备本发明的实施方式1中的增材加工用头的加工机械的立体图。在图1中示出加工机械的加工区域内的情形。

参照图1，加工机械100是可进行工件的增材加工(AM(Additive manufacturing)加工)和工件的减材加工(SM(Subtractive manufacturing)加工)的AM/SM混合加工机。加工机械100具有使用了固定刀具的车削功能和使用了旋转刀具的铣削功能来作为SM加工的功能。

对加工机械100的整体构造进行说明，加工机械100具有第1主轴台111、第2主轴台(未图示)、刀具主轴121以及下刀架(未图示)。第1主轴台111、第2主轴台、刀具主轴121以及下刀架设置于由防护罩206围成的加工区域200内。

第1主轴台111具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件旋转的主轴112。主轴112设置成能够以与沿水平方向延伸的Z轴平行的中心轴线201为中心旋转。在主轴112设有用于将工件保持为可拆装的卡盘机构。第2主轴台(未图示)具有与第1主轴台111同样的构造，在Z轴方向上与第1主轴台111相对地设置。

刀具主轴(上刀架)121在使用了旋转刀具的铣削加工时使旋转刀具旋转。刀具主轴121设置成能够以与沿着铅垂方向延伸的X轴平行的中心轴线203为中心旋转。在刀具主轴121设有用于将旋转刀具保持为可拆装的夹具机构。

刀具主轴121被未图示的立柱等支承于机座上。刀具主轴121设置成，利用设于立柱等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等，可沿着X轴方向、沿着水平方向延伸且与Z轴方向正交的Y轴方向、以及Z轴方向移动。通过刀具主轴121沿着X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动，安装固定于刀具主轴121的旋转刀具的加工位置三维地移位。刀具主轴121还设置成能以与Y轴平行的中心轴线204为中心回转。

下刀架(未图示)安装固定用于进行车削加工的多个固定刀具。下刀架是所谓的转塔形，多个固定刀具呈放射状安装，进行回转分度。下刀架被未图示的床鞍等支承于机座上。下刀架设置成利用设于床鞍等的各种进给机构、引导机构、伺服马达等，可沿着X轴方向和Z轴方向移动。

加工机械100具有增材加工用头21。增材加工用头21向工件喷出材料粉末并且照射能量线，从而进行增材加工(指向性能量堆积法(Directed Energy Deposition))。作为能量线，代表性地列举出激光和电子束。在本实施方式中，增材加工使用激光。

增材加工用头21可拆装地设置于刀具主轴121。在增材加工时，增材加工用头21安装固定于刀具主轴121。通过刀具主轴121沿着X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动，从而由增材加工用头21进行的增材加工的加工位置三维地移位。而且，在本实施方式中，通过刀具主轴121以中心轴线204为中心回转，由增材加工用头21进行的增材加工的朝向(激光相对于工件的照射方向)发生变化。在减材加工时，增材加工用头21自刀具主轴121脱离。

此外，用于使增材加工用头21在加工区域200内移动的头移动机构也可以与刀具主轴121独立地设置。

增材加工用头21包括头主体(主体部)22、激光工具(能量线出射部)26以及电缆接头23。

向头主体22导入激光和材料粉末。增材加工用头21中的头主体22可拆装地设置于刀具主轴121。激光工具26朝向工件出射激光并且确定工件中的激光的照射区域。

此外，在本实施方式中，对用于确定工件中的激光的照射区域的部件设于激光工具26的情况进行说明，但并不限于这样的结构，用于确定激光的照射区域的部件的全部或一部分也可以设于头主体22和/或电缆接头23。

电缆接头23设置为用于将电缆24与头主体22连接的接头。电缆24包括：光纤，其从设置于加工区域外的激光振荡装置(未图示)朝向增材加工用头21引导激光；配管，其用于从设置于加工区域外的材料粉末供给装置(未图示)朝向增材加工用头21引导材料粉末；以及管构件，其用于收纳这些光纤和配管。

此外，具备增材加工用头21的加工机械并不限于上述的AM/SM混合加工机械。例如，具备增材加工用头21的加工机械既可以是车床基础的AM/SM混合加工机械，也可以是加工中心基础的AM/SM混合加工机械。在加工中心基础的AM/SM混合加工机械的情况下，作为用于保持工件的工件保持部，使用工作台。另外，具备增材加工用头21的加工机械也可以是仅可执行增材加工的加工机械。

接下来，更详细地说明图1中的增材加工用头的构造。图2是表示图1中的增材加工用头的内部构造的立体图。图3是表示图1中的增材加工用头的内部构造的另一立体图。在图中示出激光工具26与头主体22分离开的状态。

参照图2和图3，首先，对头主体22和激光工具26的连结机构进行说明。头主体22和激光工具26分别具有连结部51和连结部52。在连结部51和连结部52内置有夹具机构，在相对于头主体22安装固定激光工具26时，通过该夹具机构工作，连结部51和连结部52彼此连结。作为夹具机构的一个例子，可列举利用弹力获得夹紧状态、利用液压获得非夹紧状态的机构。

接着，对在增材加工用头21中用于向工件照射激光的机构进行说明。头主体22具有光纤41、激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44以及激光通路壳体45。

激光被从图1中的电缆24向光纤41引导。光纤41与激光入射管42连接。激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44和激光通路壳体45按照所列举的顺序相连地设置。激光入射管42、激光通路壳体43、激光通路管44和激光通路壳体45形成了头主体22中的激光的通路。

激光工具26具有激光通路壳体48和激光出射壳体49。激光通路壳体48和激光出射壳体49相连地设置。激光通路壳体48和激光出射壳体49形成了激光工具26中的激光的通路。

头主体22和激光工具26分别具有连接部46和连接部47。在相对于头主体22安装固定激光工具26时，通过连接部47与连接部46连接，激光的通路在头主体22和激光工具26之间连通。

图4是示意性地表示图1中的增材加工用头的光学系统的图。参照图2～图4，头主体22具有准直透镜61、反射镜62、反射镜63以及保护玻璃64。

准直透镜61收纳于激光入射管42。准直透镜61将从光纤41输入来的激光形成为平行光，并朝向反射镜62和反射镜63发送。反射镜62和反射镜63分别收纳于激光通路壳体43和激光通路壳体45。反射镜62和反射镜63使来自准直透镜61的激光反射而朝向激光工具26发送。

保护玻璃64设于连接部46。保护玻璃64是为了相对于外部气氛而保护被内置于头主体22的光学零件而设置的。

激光工具26具有保护玻璃65、聚光透镜66以及保护玻璃67。聚光透镜66收纳于激光通路壳体48。聚光透镜66是用于使激光向工件上聚光的透镜，设置为确定工件中的激光的照射区域的光学零件。确定工件中的激光的照射区域的光学零件并不限于聚光透镜66，例如也可以是镜。

保护玻璃65和保护玻璃67分别设于连接部47和激光出射壳体49。保护玻璃65和保护玻璃67是为了相对于外部气氛而保护被内置于激光工具26的光学零件而设置的。

根据要执行的增材加工的条件，在头主体22选择性地安装固定多个激光工具26(在图4中，激光工具26A、激光工具26B以及激光工具26C)中的任一个激光工具26。多个激光工具26在工件上确定的激光的照射区域的形状、大小彼此不同。

以在图4中所示的例子来说的话，激光工具26A具有聚光透镜66A，利用该聚光透镜66A在工件上确定直径2mm的圆形的照射区域。激光工具26B具有均化器68和聚光透镜66B，利用该均化器68和聚光透镜66B在工件上确定3mm×8mm的矩形的照射区域。激光工具26C具有聚光透镜66C，利用该聚光透镜66C在工件上确定直径4mm的圆形的照射区域。

图5是表示图1中的增材加工用头的顶端部的立体图。参照图2～图5，接着对增材加工用头21中的用于向工件喷出材料粉末的机构进行说明。激光工具26具有固定构件71、旋转构件76和喷嘴部78(在图2和图3中，省略了喷嘴部78)。

固定构件71与激光出射壳体49相邻地设置。固定构件71相对于激光出射壳体49设置于激光通路壳体48的相反侧。固定构件71固定于构成激光工具26的其他零件地设置。

旋转构件76设置成能以中心轴线221(参照图5)为中心旋转。中心轴线221在沿着从激光工具26朝向工件照射的激光311的光轴的方向上延伸。在本实施方式中，中心轴线221与激光311的光轴重叠。旋转构件76在中心轴线221的轴向上与固定构件71连续设置。即，旋转构件76和固定构件71在中心轴线221的轴向上排列设置。

喷嘴部78朝向工件喷出材料粉末。喷嘴部78经由配管接头77(参照图3)与旋转构件76连接。随后详细地说明，但从图1中的电缆24导入到增材加工用头21的材料粉末经由固定构件71和旋转构件76向喷嘴部78供给。

喷嘴部78从旋转构件76沿着激光311的照射方向延伸。喷嘴部78设置于沿着其半径方向与中心轴线221(激光311的光轴)分开的位置。在喷嘴部78的从旋转构件76延伸出来的顶端具有喷出材料粉末的喷出口78j。喷出口78j在沿着其半径方向与中心轴线221(激光311的光轴)分开的位置开口。喷出口78j与在工件上形成的激光311的照射区域(点)相对并开口。

随着旋转构件76以中心轴线221为中心旋转，喷嘴部78在朝向工件照射的激光311的周围沿着周向移动。特别是在本实施方式中，作为旋转构件76的旋转中心的中心轴线221与激光311的光轴重叠，因此，喷嘴部78以激光311的光轴为中心旋转移动。

头主体22具有作为旋转驱动源的伺服马达31和离合器板32。激光工具26具有离合器板33、旋转轴34以及传动带35。

离合器板32与伺服马达31的输出轴连接。旋转轴34与离合器板33连接。在相对于头主体22安装固定激光工具26时，通过离合器板33与离合器板32摩擦配合，从伺服马达31输出的旋转向旋转轴34传递。传动带35绕挂于设于旋转轴34和旋转构件76的带轮(未图示)之间。旋转轴34的旋转经由传动带35向旋转构件76传递，从而旋转构件76以中心轴线221为中心旋转。

图6是放大地表示增材加工时的工件表面的剖视图。参照图6，在增材加工时，由于安装固定有增材加工用头21的刀具主轴121的移动和/或用于保持工件400的第1主轴台111的主轴112的旋转(参照图1)，使激光工具26与工件400相对，同时使增材加工用头21和工件400相对地移动。此时，从增材加工用头21(激光工具26)朝向工件400喷出激光311、材料粉末312、保护和载体用的气体313。由此，在工件400的表面形成熔点314，其结果，材料粉末312熔接。

具体而言，在工件400的表面形成堆焊层316。在堆焊层316上堆起堆焊原材料315。若堆焊原材料315被冷却，则成为在工件400的表面形成有可加工的层的状态。作为材料粉末，能够利用铝合金和镁合金等金属粉末、陶瓷粉末。

在本实施方式中的增材加工用头21中，利用伺服马达31的控制，喷嘴部78被驱动而旋转，以使材料粉末从喷嘴部78朝向工件喷出的方向以增材加工用头21相对于工件的相对移动方向为基准地恒定。以下，对进行那样的控制的理由进行说明。

图7是表示对工件进行的增材加工的一个例子的立体图。图8是表示在图7中的增材加工中工件和增材加工用头的相对移动方向与材料粉末的喷出方向之间的关系的图。

参照图7和图8，设想利用由增材加工用头21进行的增材加工而在工件400的表面上形成圆筒形状的堆焊层401的情况。在该情况下，一边使工件400和增材加工用头21沿着圆周方向相对移动，一边层叠堆焊层401。此时，工件400和增材加工用头21的相对移动方向成为图8中的箭头213所示的方向，随着加工的进行而连续地变化。

材料粉末从喷嘴部78的喷出口78j朝向工件400上的激光311的点311p喷出。从激光311的光轴方向观察，材料粉末相对于工件400的喷出方向成为图8中的箭头214所示的方向。此时，在工件400和增材加工用头21的相对移动方向与材料粉末相对于工件400的喷出方向之间存在材料粉末向工件400附着的附着效率良好的最佳的角度关系。这样的角度关系能够通过一边改变工件400和增材加工用头21的相对移动方向与材料粉末相对于工件400的喷出方向之间的角度、一边调查材料粉末向工件400附着的附着状况来确定。在图中所示的增材加工的一个例子中，在工件400和增材加工用头21的相对移动方向与材料粉末相对于工件400的喷出方向所成的角度是θ的情况下，材料粉末向工件400附着的附着效率最良好(例如相对于来自喷嘴部78的材料粉末的喷出量成为70％～90％的比例)。

在本实施方式中的增材加工用头21中，无论工件400和增材加工用头21的相对移动方向如何变化，以工件400和增材加工用头21的相对移动方向与材料粉末相对于工件400的喷出方向所成的角度保持为θ的方式，驱动喷嘴部78而使其在激光311的周围旋转。

由此，在增材加工的整体上，材料粉末向工件400附着的附着效率良好，能够使材料粉末的成品率提高。另外，材料粉末向工件400附着的附着效率不产生偏差，因此，能够形成在周向上具备恒定的厚度的堆焊层401。

接下来，对增材加工用头21中的向喷嘴部78供给的材料粉末的供给机构进行说明。

图9是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的立体图。在图9中，局部透视固定构件71和旋转构件76地来描绘。图10是用于说明图9中的材料粉末的供给机构的内部构造的剖视图。

参照图9和图10，旋转构件76是凸缘(第1构件)81和盖(第2构件)86组合而构成的。凸缘81和盖86被彼此紧固，成为一体并能够以中心轴线221为中心旋转。

凸缘81具有圆筒部83和凸缘部82作为其构成部位。圆筒部83具有以中心轴线221为中心的圆筒形状。凸缘部82从圆筒部83的一端呈凸缘状扩展地设置。圆筒部83插入后述的固定构件71的空心部57，凸缘部82在中心轴线221的轴向上与固定构件71抵接。

盖86具有底板部88和周壁部87作为其构成部位。底板部88具有以中心轴线221为中心的圆盘形状。周壁部87从底板部88的周缘沿着中心轴线221的轴向立起地设置。底板部88在中心轴线221的轴向上从与固定构件71相反的一侧与凸缘部82抵接。周壁部87以覆盖在凸缘部82的外周上的方式设置。

在旋转构件76形成有空心部56。空心部56在中心轴线221的轴向上贯通旋转构件76。空心部56在凸缘81和盖86的范围内连续。从前述的聚光透镜66(参照图4)出射的激光经由空心部56朝向工件行进。

固定构件71具有中心轴线221的轴向成为板厚方向的块形状。在固定构件71形成有空心部57。空心部57具有圆形的开口截面，在中心轴线221的轴向上贯通固定构件71。旋转构件76(凸缘81的圆筒部83)插入空心部57。旋转构件76被固定构件71支承成能以中心轴线221为中心旋转。

作为向喷嘴部78供给的材料粉末的供给机构，在旋转构件76形成有材料粉末通路91，在固定构件71形成有材料粉末通路92，在旋转构件76和固定构件71之间形成有材料粉末通路93。

材料粉末通路91和材料粉末通路92与材料粉末通路93连通。材料粉末通路92、材料粉末通路93和材料粉末通路91按照所列举的顺序从材料粉末的流动方向的上游侧向下游侧排列设置。

在图10中，示出固定构件71和旋转构件76的显露有材料粉末通路92、材料粉末通路93和材料粉末通路91的截面。

更具体地说明，在固定构件71形成有贯通孔72。贯通孔72从固定构件71的外壁延伸到固定构件71的与旋转构件76(凸缘81的凸缘部82)抵接的端面，贯通固定构件71。在从中心轴线221的外周上观察固定构件71的情况下，贯通孔72以与中心轴线221倾斜地交叉的方式设置。

在贯通孔72的一个开口端连接有配管接头80。贯通孔72经由配管接头80与从图1中的电缆接头23内的材料粉末的配管延伸的管构件连接。贯通孔72的另一开口端在后述的环状槽84开口。材料粉末通路92由贯通孔72形成。

在凸缘81形成有环状槽84。环状槽84形成于凸缘部82。环状槽84具有从凸缘部82的与固定构件71抵接的端面和凸缘部82的与周壁部87相对的外周面之间的角部凹陷的槽形状，以中心轴线221为中心呈环状(整个360°)延伸。环状槽84与固定构件71和盖86的周壁部87一起划分出闭合空间。材料粉末通路93由环状槽84形成。

在凸缘81形成有外周槽85。外周槽85形成于凸缘部82。外周槽85具有从凸缘部82的与周壁部87相对的外周面凹陷的槽形状。外周槽85从凸缘部82的与固定构件71抵接的一个端面延伸到凸缘部82的与盖86(底板部88)抵接的另一端面。外周槽85一边沿着中心轴线221的周向移位、一边沿着中心轴线221的轴向延伸。外周槽85的一端部与环状槽84相连、外周槽85的另一端部与后述的贯通孔89相连。

在盖86形成有贯通孔89。贯通孔89形成于底板部88。贯通孔89从底板部88的与凸缘81的凸缘部82抵接的端面延伸到盖86的外壁而贯通盖86。在从中心轴线221的外周上观察盖86的情况下，贯通孔89以与中心轴线221倾斜地交叉的方式设置。贯通孔89在外周槽85的延长线上延伸。

在贯通孔89的另一开口端连接有配管接头77。喷嘴部78经由配管接头77而与贯通孔89连接。材料粉末通路91由外周槽85和贯通孔89形成。

图11是将图9和图10中的固定构件和旋转构件中的材料粉末通路的路径以平面的方式展开来表示的示意图。图12是表示图11中的材料粉末通路中的材料粉末的流动的变化的图。

参照图9～图12，材料粉末向材料粉末通路92导入。此时，材料粉末通路92形成于固定构件71，因此，即使为了喷嘴部78的旋转驱动而旋转构件76以中心轴线221为中心旋转，也不会在固定构件71与材料粉末的配管之间产生扭转这样的情况。

导入到材料粉末通路92的材料粉末向材料粉末通路93流入。材料粉末在材料粉末通路93中沿着周向流动，向材料粉末通路91流入。此时，材料粉末通路92与材料粉末通路93连通的位置同材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置之间的相对的位置关系随着旋转构件76以中心轴线221为中心的旋转而变化。由于材料粉末在材料粉末通路93中沿着周向流动，因此无论这样的相对的位置关系如何变化，都能够将材料粉末从固定构件71侧的材料粉末通路92朝向旋转构件76侧的材料粉末通路91引导。

流入到材料粉末通路91的材料粉末经由喷嘴部78朝向工件喷出。

在本实施方式中，材料粉末通路92一边沿着材料粉末通路93所延伸的周向移位、一边沿着中心轴线221的轴向延伸。材料粉末通路91一边沿着材料粉末通路93所延伸的周向移位、一边沿着中心轴线221的轴向延伸。

优选周向上的材料粉末通路92的移位方向(在图11中，材料粉末通路92相对于材料粉末通路93的倾斜方向)与周向上材料粉末通路91的移位方向(在图11中，材料粉末通路91相对于材料粉末通路93的倾斜方向)相同。

根据这样的结构，能够使材料粉末按照材料粉末通路92、材料粉末通路93和材料粉末通路91这样所列举的顺序顺利地流动。

图13是放大地表示图11中的由双点划线XIII围着的范围的剖视图。参照图13，在固定构件71和旋转构件76之间设有突起部(阻断构件)95。突起部95以将在中心轴线221的轴线周围呈环状延伸的材料粉末通路93在预定的相位位置阻断的方式设置。

突起部95与旋转构件76(凸缘81的凸缘部82)一体地设置。突起部95以从环状槽84的底壁突出、在其顶端与固定构件71抵接的方式设置。突起部95设于材料粉末通路93中的、比材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置靠材料粉末的流动方向(图13中的箭头所示的方向)的下游侧的位置且是同该材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置相邻的位置。

根据这样的结构，能够使在材料粉末通路93中沿着周向流动的材料粉末更顺利地流入材料粉末通路91。

对以上说明的、本发明的实施方式1中的增材加工用头21的构造进行汇总说明，本实施方式中的增材加工用头21是能够一边向工件喷出材料粉末并且照射作为能量线的激光一边相对移动的增材加工用头。增材加工用头21具备：喷嘴部78，其用于喷出材料粉末；旋转构件76，其与喷嘴部78连接，形成有将材料粉末向喷嘴部78引导的作为第1材料粉末通路的材料粉末通路91，该旋转构件76旋转，以使喷嘴部78在朝向工件照射的激光的周围沿着周向移动；以及固定构件71，其形成有供材料粉末导入的作为第2材料粉末通路的材料粉末通路92，在旋转构件76的旋转轴线方向上与旋转构件76连续设置。在固定构件71和旋转构件76之间形成有作为第3材料粉末通路的材料粉末通路93，该材料粉末通路93与材料粉末通路91和材料粉末通路92连通，绕旋转构件76的旋转轴线呈环状延伸。

另外，本实施方式中的加工机械100是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械100具备：增材加工用头21；作为工件保持部的第1主轴台111和第2主轴台(未图示)，其用于保持工件；以及作为刀具保持部的刀具主轴121和下刀架(未图示)，其用于保持用于进行工件的减材加工的刀具。

根据如此构成的、本发明的实施方式1中的增材加工用头21和加工机械100，能够利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部78供给材料粉末的机构。

(实施方式2)

在本实施方式中，对在实施方式1中说明的、增材加工用头21中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的各种变形例进行说明。

图14是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第1变形例的立体图。图15是表示图14中的增材加工用头中的旋转构件的立体图。图16是将图14中的固定构件和旋转构件中的材料粉末通路的路径以平面的方式展开来表示的示意图。

参照图14～图16，在本变形例中，与图9中的固定构件71和旋转构件76相对应地分别设置有固定构件171和旋转构件176，与图9中的凸缘81和盖86相对应地分别设置有圆筒181和盖186。圆筒181和盖186被彼此紧固，成为一体并能以中心轴线221为中心旋转。

作为向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构，在旋转构件176形成有多个材料粉末通路91(在本实施方式中，材料粉末通路91A、材料粉末通路91B、材料粉末通路91C以及材料粉末通路91D)，在固定构件171形成有多个材料粉末通路92(在本实施方式中，材料粉末通路92A、材料粉末通路92B、材料粉末通路92C以及材料粉末通路92D)，在旋转构件176和固定构件171之间形成有材料粉末通路93。

在固定构件71形成有多个贯通孔72。由多个贯通孔72形成多个材料粉末通路91。在圆筒181形成有环状槽84。由环状槽84形成材料粉末通路93。在圆筒181和盖186分别形成有外周槽85和贯通孔89。由外周槽85和贯通孔89形成材料粉末通路91。

多个材料粉末通路92彼此独立地延伸。多个材料粉末通路92与呈环状延伸的材料粉末通路93的彼此不同的相位位置连通。多个材料粉末通路92以中心轴线221为中心彼此等间隔(等相位间隔)地设置。材料粉末通路92一边沿着材料粉末通路93所延伸的周向移位，一边沿着中心轴线221的轴向延伸。

多个材料粉末通路91彼此独立地延伸。多个材料粉末通路91与呈环状延伸的材料粉末通路93的彼此不同的相位位置连通。多个材料粉末通路91以中心轴线221为中心彼此等间隔(等相位间隔)地设置。材料粉末通路91一边沿着材料粉末通路93所延伸的周向移位，一边沿着中心轴线221的轴向延伸。材料粉末通路91从与材料粉末通路93连通的一端到与配管接头77(参照图9)连接的另一端弯曲地延伸。在从中心轴线221的外周上观察旋转构件176(圆筒181)的情况下，材料粉末通路91以从上述一端越朝向上述另一端、则相对于中心轴线221的倾斜越小的方式弯曲。

多个材料粉末通路91和多个材料粉末通路92是相同数量。多个材料粉末通路91既可以是比多个材料粉末通路92多的数量，也可以是比多个材料粉末通路92少的数量。

从多个材料粉末通路91流出来的材料粉末在喷嘴部(未图示)处汇合，朝向工件喷出。

如参照图12可知那样，根据材料粉末通路92与材料粉末通路93连通的位置同材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置之间的相对的位置关系，材料粉末在材料粉末通路93中沿着周向流动的距离发生变化。在该情况下，向喷嘴部供给的材料粉末的路径长度时刻变化，因此，向工件喷出的材料粉末有可能引起脉动。

与此相对，在本变形例中，通过设置多个材料粉末通路92和多个材料粉末通路91，无论中心轴线221的轴线周围的旋转构件176的相位位置如何，材料粉末通路92与材料粉末通路93连通的位置同材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置之间的距离都变短。由此，能够抑制材料粉末在材料粉末通路93中沿着周向流动的距离产生偏差，而防止材料粉末的脉动。

图17是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第2变形例的示意图。图17是与第1变形例中的图16相对应的图。

参照图17，在本变形例中，作为向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构，在旋转构件176形成有多个材料粉末通路91(在本实施方式中，材料粉末通路91A、材料粉末通路91B、材料粉末通路91C、材料粉末通路91D、材料粉末通路91E、材料粉末通路91F、材料粉末通路91G、材料粉末通路91H以及材料粉末通路91I)，在固定构件171形成有材料粉末通路92，在旋转构件176和固定构件171之间形成有材料粉末通路93。

多个材料粉末通路91与呈环状延伸的材料粉末通路93的彼此不同的相位位置连通。多个材料粉末通路91在与材料粉末通路93分开的位置与汇合通路97汇合，延伸到与喷嘴部(未图示)之间的连接位置98。

多个材料粉末通路91以材料粉末从材料粉末通路93流入直到流出到喷嘴部(未图示)的路径长度彼此相等的方式设置。更具体而言，在将延长汇合通路97而与材料粉末通路93相交的位置设为位置99的情况下，在材料粉末通路91A～91I的各材料粉末通路91中，各材料粉末通路91的长度L1同各材料粉末通路91与汇合通路97相交的位置和位置99之间的长度L2相等。

在本变形例中，也通过设置多个材料粉末通路91，从而无论中心轴线221的轴线周围的旋转构件176的相位位置如何，材料粉末通路92与材料粉末通路93连通的位置同材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置之间的距离都变短。由此，能够防止材料粉末的脉动。尤其是，在多个材料粉末通路91之间，材料粉末从材料粉末通路93流入直到流出到喷嘴部(未图示)的路径长度彼此相等，因此，能够更有效地防止材料粉末的脉动。

图18是表示增材加工用头中的向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构的第3变形例的示意图。图18是与第1变形例中的图16相对应的图。

参照图18，在本变形例中，作为向喷嘴部供给的材料粉末的供给机构，在旋转构件176形成有材料粉末通路91，在固定构件171形成有多个材料粉末通路92(在本实施方式中，材料粉末通路92A、材料粉末通路92B、材料粉末通路92C以及材料粉末通路92D)，在旋转构件176和固定构件171之间形成有材料粉末通路93。

多个材料粉末通路92彼此独立地延伸。多个材料粉末通路92与呈环状延伸的材料粉末通路93的彼此不同的相位位置连通。多个材料粉末通路92以中心轴线221为中心彼此等间隔(等相位间隔)地设置。材料粉末通路92一边沿着材料粉末通路93所延伸的周向移位、一边沿着中心轴线221的轴向延伸。

在本变形例中，也通过设置多个材料粉末通路92，无论中心轴线221的轴线周围的旋转构件176的相位位置如何，材料粉末通路92与材料粉末通路93连通的位置同材料粉末通路91与材料粉末通路93连通的位置之间的距离都变短。由此，能够防止材料粉末的脉动。

在本变形例中，也可以设为向多个材料粉末通路92导入不同的种类的材料粉末的结构。也可以是，在例如材料粉末是由A材料和B材料的混合粉末构成的情况下，使A材料和B材料的混合比在多个材料粉末通路92之间不同。通过向根据增材加工而从多个材料粉末通路92中选择出的材料粉末通路92导入材料粉末，能够将适当的混合比的材料粉末朝向工件喷出。

根据如此构成的、本发明的实施方式2中的增材加工用头，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。

根据本发明的增材加工用头是能够一边向工件喷出材料粉末并且照射能量线、一边进行相对移动的增材加工用头。增材加工用头具备：喷嘴部，其用于喷出材料粉末；旋转构件，其与喷嘴部连接，形成有将材料粉末向喷嘴部引导的第1材料粉末通路，该旋转构件旋转，以使喷嘴部在朝向工件照射的能量线的周围沿着周向移动；以及固定构件，其形成有供材料粉末导入的第2材料粉末通路，在旋转构件的旋转轴线方向上旋转构件与连续设置。在固定构件和旋转构件之间形成有第3材料粉末通路，该第3材料粉末通路与第1材料粉末通路和第2材料粉末通路连通，绕旋转构件的旋转轴线呈环状延伸。

根据如此构成的增材加工用头，材料粉末依次流经第2材料粉末通路、第3材料粉末通路以及第1材料粉末通路而向喷嘴部供给，该第2材料粉末通路形成于固定构件，并供材料粉末导入，该第3材料粉末通路形成于固定构件和旋转构件之间，并绕旋转构件的旋转轴线呈环状延伸，该第1材料粉末通路形成于旋转构件，并将材料粉末向喷嘴部引导。由此，能够利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部供给材料粉末的机构。

另外，优选的是，增材加工用头还具备驱动部，该驱动部用于驱动喷嘴部使其进行旋转，以便使材料粉末从喷嘴部朝向工件喷出的方向以增材加工用头相对于工件的相对移动方向为基准地恒定。

根据如此构成的增材加工用头，能够使材料粉末向工件附着的附着效率良好。

另外，优选的是，第1材料粉末通路和第2材料粉末通路一边沿着第3材料粉末通路所延伸的周向移位，一边沿着旋转构件的旋转轴线方向延伸。

根据如此构成的增材加工用头，能够使材料粉末在第2材料粉末通路、第3材料粉末通路和第1材料粉末通路依次顺利地流动。

另外，优选的是，增材加工用头还具备阻断构件，该阻断构件设于固定构件和旋转构件之间，将呈环状延伸的第3材料粉末通路在预定的相位位置阻断。

根据如此构成的增材加工用头，利用阻断构件将第3材料粉末通路中的材料粉末的流动在预定的相位位置阻断，能够使材料粉末从第3材料粉末通路向第1材料粉末通路的流入顺利。

另外，优选的是，阻断构件与旋转构件设置成一体，配置于第3材料粉末通路中的、比第1材料粉末通路与第3材料粉末通路连通的位置靠材料粉末的流动方向的下游侧的相位位置且是同该第1材料粉末通路与第3材料粉末通路连通的位置相邻的相位位置。

根据如此构成的增材加工用头，能够使材料粉末从第3材料粉末通路向第1材料粉末通路的流入更加顺利。

另外，优选的是，在旋转构件形成有与呈环状延伸的第3材料粉末通路的彼此不同的相位位置连通的多个第1材料粉末通路。

根据如此构成的增材加工用头，通过缓和第3材料粉末通路中的材料粉末的路径长度的偏差，能够抑制向工件喷出的材料粉末的脉动。

另外，优选的是，多个第1材料粉末通路以材料粉末从第3材料粉末通路流入直到流出到喷嘴部的路径长度彼此相等的方式设置。

根据如此构成的增材加工用头，通过消除多个第1材料粉末通路间的材料粉末的路径长度的偏差，能够进一步有效地抑制向工件喷出的材料粉末的脉动。

另外，优选的是，在固定构件形成有与呈环状延伸的第3材料粉末通路的彼此不同的相位位置连通的多个第2材料粉末通路。

根据如此构成的增材加工用头，通过缓和第3材料粉末通路中的材料粉末的路径长度的偏差，能够抑制向工件喷出的材料粉末的脉动。

根据本发明的加工机械是可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械。加工机械具备：上述任一项所述的增材加工用头；工件保持部，其用于保持工件；以及刀具保持部，其用于保持用于进行工件的减材加工的刀具。

根据如此构成的加工机械，在可进行工件的减材加工和增材加工的加工机械所具备的增材加工用头中，能够利用简易的结构实现向无限旋转的喷嘴部供给材料粉末的机构。

应该认为此次公开的实施方式在全部的方面是例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明表示，而是由权利要求书表示，意图在于包括在与权利要求书同等的意思和范围内的全部的变更。

产业上的可利用性

本发明主要适用于用于执行基于指向性能量堆积法的增材加工的增材加工用头。

附图标记说明

21、增材加工用头；22、头主体；23、电缆接头；24、电缆；26、26A、26B、26C、激光工具；31、伺服马达；32、33、离合器板；34、旋转轴；35、传动带；41、光纤；42、激光入射管；43、45、48、激光通路壳体；44、激光通路管；46、47、连接部；49、激光出射壳体；51、52、连结部；56、57、空心部；61、准直透镜；62、63、反射镜；64、65、67、保护玻璃；66、66A、66B、66C、聚光透镜；68、均化器；71、171、固定构件；72、89、贯通孔；76、176、旋转构件；77、80、配管接头；78、喷嘴部；78j、喷出口；81、凸缘；82、凸缘部；83、圆筒部；84、环状槽；85、外周槽；86、186、盖；87、周壁部；88、底板部；91、91A～91I、92、92A～92D、93、材料粉末通路；95、突起部；97、汇合通路；98、连接位置；99、位置；100、加工机械；111、第1主轴台；112、主轴；121、刀具主轴；181、圆筒；201、203、204、221、中心轴线；206、防护罩；311、激光；311p、点；312、材料粉末；313、气体；314、熔点；315、堆焊原材料；316、401、堆焊层；400、工件。

Claims (9)

1.一种增材加工用头，其能够一边相对于工件喷出材料粉末并且照射能量线一边相对移动，其中，该增材加工用头具备：

喷嘴部，其用于喷出材料粉末；

旋转构件，其与所述喷嘴部连接，形成有将材料粉末向所述喷嘴部引导的第1材料粉末通路，该旋转构件旋转，以使所述喷嘴部在朝向工件照射的能量线的周围沿着周向移动；以及

固定构件，其形成有供材料粉末导入的第2材料粉末通路，在所述旋转构件的旋转轴线方向上与所述旋转构件连续设置，

在所述固定构件和所述旋转构件之间形成有第3材料粉末通路，该第3材料粉末通路与所述第1材料粉末通路和所述第2材料粉末通路连通，绕所述旋转构件的旋转轴线呈环状延伸。

2.根据权利要求1所述的增材加工用头，其中，

该增材加工用头还具备驱动部，该驱动部用于驱动所述喷嘴部使其进行旋转，以使材料粉末从所述喷嘴部朝向工件喷出的方向以增材加工用头相对于工件的相对移动方向为基准地恒定。

3.根据权利要求1或2所述的增材加工用头，其中，

所述第1材料粉末通路和所述第2材料粉末通路一边沿着所述第3材料粉末通路所延伸的周向移位，一边沿着所述旋转构件的旋转轴线方向延伸。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的增材加工用头，其中，

该增材加工用头还具备阻断构件，该阻断构件设于所述固定构件和所述旋转构件之间，在预定的相位位置阻断呈环状延伸的所述第3材料粉末通路。

5.根据权利要求4所述的增材加工用头，其中，

所述阻断构件与所述旋转构件设置成一体，配置于所述第3材料粉末通路中的、比所述第1材料粉末通路与所述第3材料粉末通路连通的位置靠材料粉末的流动方向的下游侧的相位位置且是同所述第1材料粉末通路与所述第3材料粉末通路连通的位置相邻的相位位置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的增材加工用头，其中，

在所述旋转构件形成有与呈环状延伸的所述第3材料粉末通路的彼此不同的相位位置连通的多个所述第1材料粉末通路。

7.根据权利要求6所述的增材加工用头，其中，

多个所述第1材料粉末通路以材料粉末从所述第3材料粉末通路流入直到流出到所述喷嘴部的路径长度彼此相等的方式设置。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的增材加工用头，其中，

在所述固定构件形成有与呈环状延伸的所述第3材料粉末通路的彼此不同的相位位置连通的多个所述第2材料粉末通路。

9.一种加工机械，其是能够进行工件的减材加工和增材加工的加工机械，其中，

该加工机械具备：

权利要求1～8中任一项所述的增材加工用头；

工件保持部，其用于保持工件；以及

刀具保持部，其用于保持用于进行工件的减材加工的刀具。