DE102004031881B4 - Vorrichtung zum Absaugen von Gasen, Dämpfen und/oder Partikeln aus dem Arbeitsbereich einer Laserbearbeitungsmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum Absaugen von Gasen, Dämpfen und/oder Partikeln aus dem Arbeitsbereich einer Laserbearbeitungsmaschine Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Absaugen von Gasen, Dämpfen und/oder Partikeln aus dem Arbeitsbereich (2) einer Laserbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Lasersintermaschine, einer SLS-Laserschmelzmaschine, einer Laserabtragmaschine oder einer Lasergraviermaschine, mit mindestens einer Absaugöffnung (4), wobei die mindestens eine Absaugöffnung (4) mit einer einen Unterdruck erzeugenden Einrichtung verbunden ist, wobei die mindestens eine Absaugöffnung (4) an der Innenseite (5) eines über dem Arbeitsbereich (2) positionierbaren, mit den Arbeitsbereich (2) umgebenden Wandungen versehenen Absaugelementes (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugelement (6) ringartig ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absaugen von Gasen, Dämpfen und/oder Partikeln aus dem Arbeitsbereich einer Laserbearbeitungsmaschine. Unter Laserbearbeitungsmaschinen werden dabei alle Maschinen verstanden, bei denen die Energie eines fokussierten Laserstrahls auf Materialien einwirkt und diese entweder sintert, verschmelzt (selektives Lasersintern von Metallen), Materialien von Oberflächen abträgt oder Oberflächen graviert. Auch weitere Bearbeitungsmaschinen, bei denen eine Bearbeitung eines Materials durch einen Laser erfolgt, werden unter dem Begriff Laserbearbeitungsmaschinen subsumiert, auch wenn sie in der vorstehenden Aufzählung von Laserbearbeitungsmaschinen nicht explizit genannt sind.
  • Bei Laserbearbeitungsmaschine ist es bekannt, den Arbeitsbereich zu begasen. Vorrichtungen, um z. B. Schutzgas wie Helium, Stickstoff und dergleichen einem Arbeitsbereich zuzuführen, weisen in der Regel in der Nähe des Arbeitsbereiches eine Düse auf, die das Gas gegen den Arbeitsbereich bläst.
  • Es ist auch bekannt, beim Abtragen mittels Laser einen Absaugschlauch oder dergleichen zu positionieren, durch den Dämpfe oder sich bildende Partikel oder Stäube aus dem Bearbeitungsbereich abgesaugt werden können. Derartige Vorrichtungen zum Begasen und/oder Absaugen haben sich aber nicht als ausreichend effizient erwiesen, um die Kontamination von entfernter liegender Maschinenbereichen, insbesondere optischen Elementen mit Dämpfen, Partikeln und dergleichen zu verhindern. An Laserschmelzmaschinen, bei denen das sogenannte selektive Lasersintern (vollständiges Durchschmelzen eines metallischen Pulvers zu einem Körper hoher Dichte) durchgeführt wird, ist es darüber hinaus bekannt, einen gesamten Bauraum mit Schutzgas zu beaufschlagen, wobei die Art des Schutzgases abhängig von der Art des Werkstoffes gewählt wird.
  • Aus der Patentschrift DE 43 31 262 C2 und der Offenlegungsschrift DE 39 23 829 A1 , von der der Gegenstand des Anspruches 1 ausgeht, sind Absauganlagen für Laserbearbeitungsmaschinen bekannt, bei denen eine Absaugöffnung an der Innenseite einer über dem Arbeitsbereich positionierbaren Absaughaube angeordnet ist. Mittels der geschlossenen Absaughaube wird der Bearbeitungsbereich überdeckt und ein Unterdruck am Bearbeitungsbereich erzeugt, um z.B. die bei der Bearbeitung von Werkstoffen mittels Laser entstehenden Reaktionsprodukte abzusaugen.
  • Insbesondere die Vorrichtung gemäß DE 39 23 829 A1 ist in ihren Bearbeitungsmöglichkeiten eingeschränkt, da die Laserfokussiereinheit starr und gasdicht mit der Absaughaube verbunden ist und damit bei jeder Änderung des Laserstrahlauftreffpunktes zumindest stets die Fokussieroptik und die Absaughaube bewegt werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Absaugen eines Arbeitsbereiches einer Laserbearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß mit ihr die Bearbeitungsmöglichkeiten verbessert werden, daß eine effektive Absaugung des Arbeitsbereiches erfolgen kann und vom Arbeitsbereich beabstandete Maschinenbereiche wirksam vor Kontamination durch Dämpfe oder sonstige Partikel geschützt sind, und daß eine gute Zugänglichkeit zum Werkstück gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Absaugelement ringartig ist.
  • Durch das ringartige Absaugelement wird in der Umgebung des Laserbrennfleckes auf der zu bearbeitenden Oberfläche oder Pulverschicht ein gleichsam topfartiger Bereich gebildet, der von einer Saugströmung durchsetzt wird, die ein Austreten von Dämpfen und Partikeln aus diesem definierten Absaugbereich verhindert. Dies wird dadurch erreicht, daß das ringartige Absaugelement den Absaugbereich körperlich definiert und begrenzt und die Ansaugöffnung an der Innenseite dieses ringartigen Absaugelementes angeordnet ist.
  • Wenn eine Mehrzahl von Absaugöffnungen an der Innenseite des Absaugelementes angeordnet ist, dann bildet sich ausgehend vom Zentrum des ringartigen Absaugelementes, in dem die Laserbearbeitung stattfindet, ein radial nach außen laufender Gasstrom oder Gasteppich aus, der hinsichtlich einer Absaugung von Dämpfen oder Partikeln sehr effizient ist. Dieser Effekt wird dadurch noch verbessert, daß die Absaugöffnungen in Reihen übereinander an der Innenseite des ringartigen Absaugelementes angeordnet sind.
  • Die körperliche Begrenzung des Absaugbereiches wird durch Ausbildung der Innenseite des ringartigen Absaugelementes nach Art einer im wesentlichen senkrecht verlaufenden Wandung noch weiter verbessert.
  • Das ringartige Absaugelement ist so gelagert, daß es unmittelbar über der Bearbeitungsfläche positionierbar ist, was zur Folge hat, daß der Spalt zwischen der Unterkante des ringartigen Absaugelementes und der Bearbeitungsfläche so gering als möglich gehalten wird.
  • Das ringartige Absaugelement kann sich einseitig in einem Absaugrohr fortsetzen, es ist dazu nach An eines hohlen Gehäuses ausgebildet, das einstückig in das Absaugrohr übergeht.
  • Was die Auslaßöffnungen anbelangt, so können diese an der Oberkante der Innenseite des ringartigen Absaugelementes angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, wenn die mindestens eine Auslaßöffnung einen in den Innenbereich des ringartigen Absaugelementes gerichteten Gasstrahl erzeugt. Die Lagerung des ringartigen Absaugelementes ist so getroffen, daß es beispielsweise zusammen mit einem Scannerkopf an einem Kreuzschlitten über der Werkstückoberfläche motorisch verfahren werden kann und darüber hinaus eine motorische Zustellung in Vertikalrichtung auf die Oberfläche des Werkstückes vorgesehen ist. Durch diese Maßnahmen kann das ringartige Absaugelement in Bezug auf den Bearbeitungsort immer optimal positioniert werden.
  • Vorteilhafterweise ist das Absaugrohr als Trägerelement für das ringartige Absaugelement ausgebildet. Das ringartige Absaugelement und das Absaugrohr schließen etwa einen rechten Winkel ein. Die Oberseite des hohlen ringartigen Absaugelementes ist gegen die über der Werkstückoberfläche angeordneten Unterseite des ringartigen Absaugelementes etwas geneigt, so daß der vom Absaugrohr beabstandete Bereich des ringartigen Absaugelementes einen etwas schwächeren Querschnitt hat, was sich auf die Strömungsverhältnisse im Innenbereich positiv auswirkt.
  • Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren erläutert. Diese zeigen
  • 1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung;
  • 2 einen Schnitt durch eine modifizierte Vorrichtung;
  • 3 eine perspektivische Darstellung einer dritten Vorrichtung.
  • Die insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum Absaugen und/oder Begasen eines Arbeitsbereiches 2 einer Laserbearbeitungsmaschine. Der Arbeitsbereich 2 wird durch den Laserstrahl 3 eines Lasers der Laserbearbeitungsmaschine beaufschlagt, wodurch Dämpfe oder Partikel entstehen können, die durch die Vorrichtung 1 abgesaugt werden sollen. Außerdem soll der Arbeitsbereich gezielt mit einem Gas beaufschlagt werden können.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Ansaugöffnungen 4 an der Innenseite 5 eines über dem Arbeitsbereich 2 positionierbaren ringartigen Absaugelementes 6 angeordnet, die Ansaugöffnungen 4 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen gleich verteilt in zwei Reihen übereinander ringartig angeordnet.
  • Die Innenseite 5 des ringartigen Absaugelementes 6 ist zumindest abschnittsweise nach Art einer senkrecht verlaufenden Wandung 7 ausgebildet.
  • In Absaugposition ist das ringartige Absaugelement 6 unmittelbar über dem Arbeitsbereich 2 positionierbar, das heißt es kann zusammen mit dem Laserstrahl 3 horizontal verfahren werden. Zusätzlich kann es aber auch in unterschiedliche Höhenpositionen über dem Arbeitsbereich 2 gebracht werden.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Auslaßöffnung 10 im Bereich der Oberkante 11 der Innenseite 5 des ringartigen Absaugelementes 6 angeordnet, die Auslaßöffnung 10 erzeugt einen in den Innenbereich des ringartigen Absaugelementes 6 gerichteten Gasstrahls. Bei dem in Zeichnungsfigur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Auslaßöffnungen 10 ringförmig an der Oberkante 11 des ringartigen Absaugelementes 6 angeordnet. Die Auslaßöffnungen 10 sind mit einem Überdruckkanal 12 verbunden, der z. B. an eine Druckpumpe oder ein sonstiges unter Überdruck stehendes Gasreservoir angeschlossen ist.
  • Bei beiden Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ist die Oberseite 20 des ringartigen Absaugelementes 6 gegen die über der Werkstückoberfläche angeordnete Unterseite 21 geneigt, das heißt der in ein Absaugrohr 22 übergehende Bereich des ringartigen Absaugelementes 6 ist im Querschnitt höher ausgebildet als der vom Absaugrohr 22 beabstandete Bereich.
  • Mit 25 sind noch zwei Abstands-Sensoreinrichtungen bezeichnet, die mit einer motorisch angetriebenen Zustelleinrichtung zusammenwirken, die in den Zeichnungsfiguren nicht näher dargestellt ist.
  • Das Absaugrohr 22 dient als Trägerelement für das ringartige Absaugelement 6, so daß auf weitere gesonderte Halteelemente verzichtet werden kann.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Vorrichtung zum Absaugen entsprechend der in 1 dargestellten, allerdings ist innerhalb des Absaugrohres 22 ein Zuführungsrohr 30 zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, beispielsweise eines Inertgases oder dergleichen vorgesehen. Dieses Zuführungsrohr 30 mündet in eine Düse 31, mit welcher der Arbeitsbereich 2 flächig mit dem Medium beströmt werden kann.
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Arbeitsbereich
    3
    Laserstrahl
    4
    Absaugöffnung
    5
    Innenseite
    6
    ringartiges Absaugelement
    7
    Wandung
    10
    Auslaßöffnung
    11
    Oberkante von 6
    12
    Überdruckkanal
    20
    Oberseite von 6
    21
    Unterseite von 6
    22
    Absaugrohr
    25
    Abstands-Sensoreinrichtung
    30
    Zuführungsrohr
    31
    Düse

Claims (23)

  1. Vorrichtung (1) zum Absaugen von Gasen, Dämpfen und/oder Partikeln aus dem Arbeitsbereich (2) einer Laserbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Lasersintermaschine, einer SLS-Laserschmelzmaschine, einer Laserabtragmaschine oder einer Lasergraviermaschine, mit mindestens einer Absaugöffnung (4), wobei die mindestens eine Absaugöffnung (4) mit einer einen Unterdruck erzeugenden Einrichtung verbunden ist, wobei die mindestens eine Absaugöffnung (4) an der Innenseite (5) eines über dem Arbeitsbereich (2) positionierbaren, mit den Arbeitsbereich (2) umgebenden Wandungen versehenen Absaugelementes (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugelement (6) ringartig ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite (5) des ringartigen Absaugelementes (6) eine Vielzahl von Absaugöffnungen (4) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnungen (4) im wesentlichen gleich verteilt an der Innenseite (5) des Absaugelementes (6) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnungen (4) in Reihen übereinander ringartig angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (5) des ringartigen Absaugelementes (6) zumindest abschnittsweise und nach Art einer senkrecht verlaufenden Wandung (7) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) unmittelbar über dem Arbeitsbereich (2) positionierbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) den Laserstrahl (3) des Bearbeitungslasers umgreift.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) sich einseitig in einem Absaugrohr (22) fortsetzt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) nach Art eines hohlen Gehäuses ausgebildet ist, das in das Absaugrohr (22) übergeht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Auslaßöffnung (10) an der Oberkante (11) der Innenseite (5) des ringartigen Absaugelementes (6) zur Zuführung von Luft oder Schutzgas angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Auslaßöffnungen (10) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Auslaßöffnung (10) einen in den Innenbereich des ringartigen Absaugelementes (6) gerichteten Gasstrahls erzeugt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (10) kreisförmig an der Oberkante (11) des ringartigen Absaugelementes (6) angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslassöffnungen (10) an einem Überdruckkanal (12) angeordnet sind, der ringförmig an der Oberkante (11) des ringartigen Absaugelementes (6) angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckkanal (12) im Innenbereich des ringartigen Absaugelementes (6) angeordnet ist und die Auslaßöffnungen (10) in einem nach unten gerichteten Wandungsbereich des ringartigen Absaugelementes (6) angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) in Horizontalrichtung über dem Arbeitsbereich (2) verfahrbar ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) in Vertikalrichtung auf dem Arbeitsbereich (2) zustellbar ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) an einem motorisch angetriebenen Schlitten oder Kreuzschlitten über dem Arbeitsbereich (2) geführt ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) mit mindestens einer Abstands-Sensoreinrichtung (25) oder Tasteinrichtung versehen ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands-Sensoreinrichtung (25) mit einer motorisch angetriebenen Zustelleinrichtung zusammenwirkt.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (22) als Trägerelement für das ringartige Absaugelement (6) dient.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-21, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Absaugelement (6) und das Absaugrohr (22) etwa einen rechten Winkel einschließen.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (20) des ringartigen Absaugelementes (6) gegen die über dem Arbeitsbereich (2) angeordneten Unterseite (21) des ringartigen Absaugelementes (6) geneigt ist.
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