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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laminier-Formgebungsgerät.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei der Laminier-Formgebung von Metall unter Verwendung eines Lasers wird eine extrem dünne Materialpulverschicht auf einem in einer vertikalen Richtung bewegbaren Formgebungstisch ausgebildet, und anschließend wird ein vorbestimmter Abschnitt der Materialpulverschicht mit einem Laser bestrahlt, wodurch das Materialpulver an der Bestrahlungsposition gesintert wird. Diese Vorgänge werden wiederholt, um ein gewünschtes Formprodukt auszubilden.
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Der Laser wird entlang einer Abtastpassage bewegt, die so bereitgestellt ist, dass der mit dem Laser zu bestrahlende Bereich vollständig mit dem Laser bestrahlt wird. Dementsprechend wird die Materialpulverschicht mit dem Laser bestrahlt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Dokumente nach dem Stand der Technik
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Patentliteratur
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- [Patentdokument 1] JP 2010-173123A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Hier ist die Abtastpassage 46 des auf die Materialpulverschicht angewandten Lasers, wie beispielsweise in 14 dargestellt, so bereitgestellt, dass die Gesamtheit des Bestrahlungsbereichs 45a mit dem Laser bestrahlt wird. Beim Beispiel aus 14 ist die Abtastpassage 46 mit einer Vielzahl von Zeilen s1, s2, s3, ..., s100 ausgebildet, die als eine Matrix angeordnet sind. Die Laserabtastung erfolgt entlang jeder der Zeilen, beispielsweise von links nach rechts, in der Reihenfolge s1, s2, s3, ..., s100. Die Materialpulverschicht wird mit dem Laser bestrahlt, der jede der Zeilen vom linken Ende zum rechten Ende abtastet, wodurch die Materialpulverschicht zeilenweise gesintert wird. Beim Beispiel aus 14 wird der Laser während des Wechsels vom rechten Ende einer Zeile zum linken Ende der nächsten Zeile ausgeschaltet. Daher wird die Materialpulverschicht in diesem Bereich nicht mit dem Laser bestrahlt.
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Im Bestreben, die für die Laminier-Formgebung benötigte Zeit zu verkürzen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Bestrahlungsbedingungen des Lasers untersucht und versucht, den Zeitraum nach der Ausführung der Laserbestrahlung entlang der ersten Zeile und vor dem Beginn der Bestrahlung entlang der an die erste Zeile angrenzenden zweiten Zeile zu verkürzen, wenn die Materialpulverschicht entlang der Abtastpassage 46 mit dem Laser bestrahlt wird. Wird diese Zeit jedoch zu stark verkürzt, so führt die Wärme vom gesinterten Abschnitt entlang der ersten Zeile zu einer Überhitzung der Materialpulverschicht entlang der zweiten Zeile. Dementsprechend waren Probleme zu beobachten, wie die Aufwölbung des Materials, das Auftreten von Spritzern, die Erzeugung von Rauch durch die Sublimation des Materials und die Veränderung der Zusammensetzung.
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Um diese Probleme zu vermeiden, hielten die Erfinder der vorliegenden Erfindung es für wichtig, die Abkühldauer nach der Ausführung der Laserbestrahlung entlang der ersten Zeile und vor dem Beginn der Bestrahlung entlang der an die erste Zeile angrenzenden zweiten Zeile angemessen einzustellen. Dementsprechend wurden die oben genannten Probleme gelöst und die Herstellung qualitativ hochwertiger Formprodukte erzielt, als die Abkühldauer auf das Fünffache der Laserbestrahlungsdauer entlang jeder der Zeilen eingestellt war.
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Allerdings führte die Verlängerung der Abkühldauer zu einem neuen Problem, das darin bestand, dass sich die für die Laminier-Formgebung benötigte Zeit verlängerte.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Laminier-Formgebung durch Sintern von Pulver bereitzustellen, das die Qualität des Formprodukts verbessern kann, ohne die für die Laminier-Formgebung benötigte Zeit zu verlängern.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Laminier-Formgebung durch Sintern von Pulver bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst: das Ausbilden einer Materialpulverschicht entsprechend einer Schnittschicht, die durch Aufschneiden eines Modells eines Formprodukts mit einem gewünschten dreidimensionalen Profil erhalten wird, wobei das Modell durch eine horizontale Ebene in einer vorbestimmten Einheitshöhe aufgeschnitten wird; und das Bestrahlen eines von einem Umrissprofil umgebenen Bestrahlungsbereichs der Schnittschicht des Formprodukts mit einem Laserstrahl, um das Materialpulver der Materialpulverschicht innerhalb des Bestrahlungsbereichs gezielt zu sintern; wobei die Schritte des Ausbildens der Materialpulverschicht und des Bestrahlens des Bestrahlungsbereichs wiederholt werden, um das Formprodukt herzustellen; die Laserstrahlabtastung entlang einer Abtastpassage erfolgt, wodurch die Materialpulverschicht bestrahlt wird, wobei die Abtastpassage so bereitgestellt ist, dass eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl über den gesamten Bestrahlungsbereich ermöglicht wird; die Abtastpassage durch eine Vielzahl von Zeilen ausgebildet ist; die Vielzahl von Zeilen in eine Vielzahl von Zeilengruppen untergliedert ist; jede Zeilengruppe der Vielzahl von Zeilengruppen eine Vielzahl von aneinander angrenzend angeordneten Zeilen und eine Vielzahl von entlang einer Richtung der Abtastpassage angeordneten Zeilen enthält; die Vielzahl von aneinander angrenzend angeordneten Zeilen eine erste Zeile und eine zweite Zeile enthält; nach der Laserbestrahlung entlang der ersten Zeile und vor der Laserbestrahlung entlang der an die erste Zeile angrenzenden zweiten Zeile eine Abkühldauer bereitgestellt wird; die Bestrahlung mit dem Laserstrahl so gesteuert wird, dass der Laserstrahl während der Abkühldauer entlang einer Zeile gestrahlt wird, die zu einer anderen Zeilengruppe gehört als einer Zeilengruppe, zu der die erste Zeile und die zweite Zeile gehören; und die Vielzahl von Zeilengruppen der Reihe nach ausgewählt werden und der Laserstrahl während der Laserbestrahlung entlang einer zur ausgewählten Zeilengruppe gehörenden Zeile gestrahlt wird.
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Wirkung der Erfindung
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Bei der vorliegenden Erfindung kann – durch Ausführung der Bestrahlung entlang einer anderen, von der ersten Zeile entfernt bereitgestellten Zeile während der Abkühldauer, wobei die Abkühldauer ein Zeitraum nach der Ausführung der Laserbestrahlung entlang der ersten Zeile und vor der Ausführung der Bestrahlung entlang der an die erste Zeile angrenzenden zweiten Zeile ist – die Abkühldauer in angemessener Weise aufrechterhalten werden, während die für die Laminier-Formgebung benötigte Zeit verkürzt wird.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Die nachstehenden Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar.
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Bevorzugtermaßen ist die zweite Zeile eine Zeile, die der ersten Zeile in einer zur Abtastrichtung orthogonalen Richtung am nächsten ist.
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Bevorzugtermaßen ist die Abkühldauer 1,5- bis 10-mal so lang wie eine Bestrahlungsdauer des Laserstrahls entlang der ersten Zeile.
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Bevorzugtermaßen beträgt eine Anzahl an Zeilen, die während der Abkühldauer mit dem Laserstrahl bestrahlt werden, 1 bis 9.
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Bevorzugtermaßen sind die Zeilengruppen aus der Vielzahl von Zeilengruppen in unterschiedlichen Bereichen eines Bestrahlungsbereichs angeordnet.
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Bevorzugtermaßen ist der Bestrahlungsbereich mit einer Vielzahl von voneinander entfernt angeordneten Bestrahlungsunterbereichen strukturiert und sind die Zeilengruppen aus der Vielzahl von Zeilengruppen in voneinander unterschiedlichen Bestrahlungsunterbereichen angeordnet.
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Bevorzugtermaßen wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl in Übereinstimmung mit der Abkühldauer gesteuert, sodass überschüssige Wärme nicht auf die angrenzende Zeile angewandt wird und sodass die Verschmelzung mit der angrenzenden Zeile nicht unzureichend ist; die sukzessive Laserbestrahlung entlang der ersten Zeilen in jeder der Zeilengruppen von einer Zeilengruppe zur nächsten Zeilengruppe, gefolgt von der sukzessiven Laserbestrahlung entlang der zweiten Zeilen in jeder der Zeilengruppen von einer Zeilengruppe zur nächsten Zeilengruppe wird erreicht, indem die erste Zeile in einer vorbestimmten Zeilengruppe mit dem Laserstrahl bestrahlt wird und dann nach der Abkühldauer die zweite Zeile in einer vorbestimmten Zeilengruppe mit dem Laserstrahl bestrahlt wird; und die Laserbestrahlung wird so gesteuert, dass der Laserstrahl entlang einer von der ersten Zeile entfernten Zeile oder Vielzahl von Zeilen gestrahlt wird, bis die Bestrahlung mit dem Laserstrahl für alle der Zeilen im Bestrahlungsbereich ausgeführt wurde.
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Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein computergestütztes Fertigungssystem bereitgestellt, das Steuerungsdaten zur Steuerung der Bestrahlung mit dem Laserstrahl im oben genannten Verfahren zur Laminier-Formgebung durch Sintern von Pulver erzeugt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorgenannten weiteren Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer erschließen. Es zeigen:
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1 ein grobes Strukturdiagramm des Laminier-Formgebungsgeräts nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Perspektivansicht des Pulverschichtausbildungsgeräts 3 und des Laseremitters 13;
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3 eine Perspektivansicht des Beschichtungskopfs 11;
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4 eine Perspektivansicht des Beschichtungskopfs 11 aus einem anderen Betrachtungswinkel;
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5A eine Perspektivansicht des Formprodukts 47 mit dem gewünschten Profil;
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5B eine Perspektivansicht des Modells des Formprodukts aus 5A.
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5C eine Perspektivansicht des Modells aus 5B, das durch eine horizontale Ebene in einer vorbestimmten Einheitshöhe aufgeschnitten ist;
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6 eine Perspektivansicht des Formprodukts 47, das durch Laminieren der gesinterten Schichten 50 erhalten wurde;
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7 eine erläuternde Zeichnung des Laminier-Formgebungsverfahrens, welches das Laminier-Formgebungsgerät nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt;
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8 eine Abtastpassage 46, die in der Gesamtheit des Bestrahlungsbereichs 45a bereitgestellt ist;
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9 ein Diagramm, das einen zeitlichen Ablauf der Ausführung der Laserbestrahlung der Zeilen s1 bis s84 darstellt;
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10 eine Abtastpassage 46, die in der Gesamtheit des Bestrahlungsbereichs 45a der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
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11 eine Abtastpassage 46, die in der Gesamtheit des Bestrahlungsbereichs 45a der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
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12 eine Abtastpassage 46, die in der Gesamtheit des Bestrahlungsbereichs 45a der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
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13A ein Bild des Formprodukts, das unter den Bedingungen des Beispiels hergestellt wurde;
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13B ein Bild des Formprodukts, das unter den Bedingungen des Vergleichsbeispiels hergestellt wurde;
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14 ein Beispiel der Abtastpassage 46, die im Bestrahlungsbereich 45a bereitgestellt ist.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei sind die in den Ausführungsformen dargestellten wesentlichen Merkmale miteinander kombinierbar.
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1. Erste Ausführungsform
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Wie in 1 bis 2 dargestellt, umfasst das Laminier-Formgebungsgerät nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kammer 1, die den gewünschten Formgebungsbereich R bedeckt und mit einem Inertgas mit einer gewünschten Konzentration gefüllt ist; und einen Laseremitter 13, um die Laserbestrahlung des gewünschten Abschnitts der auf dem Formgebungsbereich R ausgebildeten Materialpulverschicht 8 zu ermöglichen, wodurch das Materialpulver an der Bestrahlungsposition gesintert wird.
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Innerhalb der Kammer 1 ist ein Pulverschichtausbildungsgerät 3 bereitgestellt. Das Pulverschichtausbildungsgerät 3 umfasst ein Grundgestell 4 mit dem Formgebungsbereich R; einen Beschichtungskopf 11, der auf dem Grundplattgestell 4 bereitgestellt und so strukturiert ist, dass er in einer horizontalen einachsigen Richtung (durch Pfeil B dargestellte Richtung) bewegbar ist; und längliche Glieder 9r, 9l, die auf beiden Seiten des Formgebungsbereichs R entlang der Bewegungsrichtung des Beschichtungskopfs 11 bereitgestellt sind. Der Formgebungsbereich R ist ferner mit einem Formgebungstisch 5 bereitgestellt, der in einer vertikalen Richtung (durch Pfeil A in 1 dargestellte Richtung) bewegbar ist. Hierbei wird der Formgebungstisch 5 durch einen Antriebsmechanismus 31 angetrieben. Bei Verwendung des Laminier-Formgebungsgeräts wird eine Formgebungsplatte 7 auf dem Formgebungstisch 5 angeordnet, und die Materialpulverschicht 8 wird auf dem Formgebungstisch 5 ausgebildet.
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Die Pulverrückhaltewand 26 ist so bereitgestellt, dass sie den Formgebungstisch 5 umgibt, und das ungesinterte Materialpulver wird im Pulverrückhalteraum, der durch die Pulverrückhaltewand 26 und den Formgebungstisch 5 umgeben ist, zurückgehalten. An der unteren Seite der Pulverrückhaltewand 26 ist ein Pulveraustragungsabschnitt 27 zum Austragen des Materialpulvers aus dem Pulverrückhalteraum bereitgestellt. Nach dem Abschluss der Laminier-Formgebung wird der Formgebungstisch 5 abgesenkt, um das ungesinterte Materialpulver aus dem Pulveraustragungsabschnitt 27 auszutragen. Das ausgetragene Materialpulver wird durch die Schüttenführung 28 zur Schütte 29 geleitet, und anschließend wird das Materialpulver über die Schütte 29 in den Behälter 30 aufgenommen.
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Wie in 2 bis 4 dargestellt, umfasst der Beschichtungskopf 11 einen Materialhalteabschnitt 11a, einen an der oberen Fläche des Materialhalteabschnitts 11a bereitgestellten Materialzufuhrabschnitt 11b und einen an der unteren Fläche des Materialhalteabschnitts 11a bereitgestellten Materialaustragsabschnitt 11c zum Austragen des Materialpulvers aus dem Materialhalteabschnitt 11a. Der Materialaustragsabschnitt 11c weist eine geschlitzte Form auf, die sich in der horizontalen einachsigen Richtung (durch Pfeil C dargestellte Richtung), welche die Bewegungsrichtung des Beschichtungskopfs 11 (durch Pfeil B dargestellte Richtung) orthogonal kreuzt, erstreckt. Auf beiden Seiten des Beschichtungskopfs 11 sind Rakelklingen 11fb und 11rb bereitgestellt, um durch Planarisieren des aus dem Materialaustragsabschnitt 11c ausgetragenen Materialpulvers eine Materialpulverschicht 8 auszubilden. Darüber hinaus sind auf beiden Seiten des Beschichtungskopfs 11 Rauchabsaugabschnitte 11fs und 11rs zum Absaugen des während des Sinterns des Materialpulvers erzeugten Rauchs bereitgestellt. Die Rauchabsaugabschnitte 11fs und 11rs sind entlang der horizontalen einachsigen Richtung (durch Pfeil C dargestellte Richtung), welche die Bewegungsrichtung des Beschichtungskopfs 11 (durch Pfeil B dargestellte Richtung) orthogonal kreuzt, bereitgestellt. Das Materialpulver ist beispielsweise Metallpulver (beispielsweise Eisenpulver), das eine Kugelform mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 20 µm aufweist.
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Die länglichen Glieder 9r und 9l sind mit Öffnungen entlang der Bewegungsrichtung (durch Pfeil B dargestellte Richtung) des Beschichtungskopfs 11 bereitgestellt. Eine der Öffnungen wird als die Inertgaszufuhröffnung genutzt, die andere Öffnung wird als die Inertgasaustragsöffnung genutzt. Dementsprechend kann auf dem Formgebungsbereich R ein Inertgasstrom in der durch den Pfeil C dargestellten Richtung gebildet werden. Daher kann der im Formgebungsbereich R erzeugte Rauch entlang dieses Inertgasstroms in einfacher Weise ausgetragen werden. In der vorliegenden Beschreibung ist "Inertgas" ein Gas, das im Wesentlichen nicht mit dem Materialpulver reagiert, wobei sich beispielsweise Stickstoffgas, Argongas und Heliumgas nennen lassen.
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Über der Kammer 1 ist ein Laseremitter 13 bereitgestellt. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Laseremitter 13 eine Laserquelle 42 zum Emittieren des Lasers, ein Paar Galvanometer-Abtaster 43a und 43b zur Ausführung der zweidimensionalen Abtastung durch den von der Laserquelle 42 emittierten Laser und einen Kondensor 44 zum Kondensieren des Lasers. Der Galvanometer-Abtaster 43a (X-Achsen-Abtaster) führt die Laserabtastung in der durch Pfeil B dargestellten Richtung (X-Achsenrichtung) aus, und der Galvanometer-Abtaster 43b (Y-Achsen-Abtaster) führt die Laserabtastung in der durch Pfeil C dargestellten Richtung (Y-Achsenrichtung) aus. Der Rotationswinkel jedes der Abtaster 43a und 43b wird in Abhängigkeit vom Rotationswinkel-Steuerungssignal gesteuert. Dementsprechend kann die Laserbestrahlungsposition durch Veränderung der Größe des Rotationswinkel-Steuerungssignals, das den Abtastern 43a und 43b gegeben wird, in eine gewünschte Position bewegt werden. Ein Beispiel für den Kondensor 44 ist eine fθ-Linse.
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Wenn der Laser den Kondensor 44 passiert hat, passiert er anschließend das an der Kammer 1 bereitgestellte Fenster 1a. Daraufhin wird die im Formgebungsbereich R ausgebildete Materialpulverschicht 8 mit dem Laser bestrahlt. Hinsichtlich der Art des Lasers gibt es keine Einschränkungen, solange er in der Lage ist, das Materialpulver zu sintern. So sind beispielsweise CO2-Laser, Faserlaser, YAG-Laser und dergleichen verwendbar. Das Fenster 1a ist mit einem Material ausgebildet, das den Laser leiten kann. Beispielsweise kann das Fenster 1a in einem Fall, in dem der Laser ein Faserlaser oder ein YAG-Laser ist, mit einem Quarzglas strukturiert sein.
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An der oberen Fläche der Kammer 1 ist der rauchhaftungsverhindernde Abschnitt 17 so bereitgestellt, dass er das Fenster 1a bedeckt. Der rauchhaftungsverhindernde Abschnitt 17 ist mit einem zylindrischen Gehäuse 17a und einem im Gehäuse 17a angeordneten zylindrischen Diffusionsglied 17c bereitgestellt. Zwischen dem Gehäuse 17a und dem Diffusionsglied 17c ist ein Inertgaszufuhrraum 17d bereitgestellt. Ferner ist an der unteren Fläche des Gehäuses 17a am Innenabschnitt des Diffusionsglieds 17c eine Öffnung 17b bereitgestellt. Das Diffusionsglied 17c ist mit einer Vielzahl von Poren 17e bereitgestellt, und das dem Inertgaszufuhrraum 17d zugeführte saubere Inertgas wird durch die Poren 17e in einen Reinraum 17f gefüllt. Anschließend wird das in den Reinraum 17f gefüllte saubere Inertgas durch die Öffnung 17b unter den rauchhaftungsverhindernden Abschnitt 17 ausgetragen.
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Im Folgenden werden das Inertgaszufuhrsystem zur Zuführung des Inertgases zur Kammer 1 und das Rauchaustragsystem zum Austragen des Rauchs aus der Kammer 1 erläutert.
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Das Inertgaszufuhrsystem zur Zuführung des Inertgases in die Kammer 1 ist mit einem Inertgaszufuhrgerät 15 und mit einem Rauchabscheider 19 verbunden. Das Inertgaszufuhrgerät 15 besitzt eine Inertgaszufuhrfunktion und ist beispielsweise ein Gaszylinder für ein Inertgas. Der Rauchabscheider 19 umfasst Kanalkästen 21 und 23, die jeweils an seiner Oberstromseite bzw. an seiner Unterstromseite bereitgestellt sind. Das aus der Kammer 1 ausgetragene Gas (rauchhaltiges Inertgas) wird durch den Kanalkasten 21 zum Rauchabscheider 19 weitergeleitet. Anschließend wird der Rauch im Rauchabscheider 19 entsorgt, und das gereinigte Inertgas wird durch den Kanalkasten 23 zur Kammer 1 weitergeleitet. Gemäß diesem Aufbau ist das Inertgas wiederverwertbar.
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Wie in 1 dargestellt, ist das Inertgaszufuhrsystem mit der oberen Zufuhröffnung 1b der Kammer 1, dem Inertgaszufuhrraum 17d des haftungsverhindernden Abschnitts 17 und dem länglichen Glied 9r verbunden. Das Inertgas wird dem Formgebungsraum 1d der Kammer 1 durch die obere Zufuhröffnung 1b zugeführt. Das dem länglichen Glied 9r zugeführte Inertgas wird durch die Öffnung auf den Formgebungsbereich R ausgetragen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Inertgas aus dem Rauchabscheider 19 zur oberen Zufuhröffnung 1b weitergeleitet, und das Inertgas aus dem Inertgaszufuhrgerät 15 wird dem Inertgaszufuhrraum 17d und dem länglichen Glied 9r zugeführt. Wenngleich die Möglichkeit besteht, dass das Inertgas aus dem Rauchabscheider 19 Restrauch beinhaltet, erlaubt es der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform nicht, dass Inertgas aus dem Rauchabscheider 19 dem Raum, der besonders hohe Sauberkeit erfordert (Reinraum 17f und der Raum an einem Umfang des Formgebungsbereichs R), zugeführt wird. Dementsprechend lassen sich die Auswirkungen des Restrauchs minimieren.
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Wie in 1 dargestellt, ist das Rauchaustragssystem zum Austragen des Rauchs aus der Kammer 1 mit der oberen Austragsöffnung 1c der Kammer 1, den Rauchabsaugabschnitten 11fs und 11rs des Beschichtungskopfs 11 und dem länglichen Glied 9l verbunden. Da das rauchhaltige Inertgas im Formgebungsraum 1d der Kammer 1 durch die obere Austragsöffnung 1c ausgetragen wird, wird im Formgebungsraum 1d ein Inertgasstrom ausgebildet, der von der oberen Zufuhröffnung 1b zur oberen Austragsöffnung 1c strömt. Die Rauchabsaugabschnitte 11fs und 11rs des Beschichtungskopfs 11 können den im Formgebungsbereich R erzeugten Rauch ansaugen, wenn sich der Beschichtungskopf 11 über den Formgebungsbereich R bewegt. Hierbei wird das rauchhaltige Inertgas durch die Öffnung des länglichen Glieds 9l aus der Kammer 1 ausgetragen. Das Rauchaustragssystem ist durch den Kanalkasten 21 mit dem Rauchabscheider 19 verbunden, und das Inertgas wird nach dem Entfernen des Rauchs durch den Rauchabscheider 19 wiederverwertet.
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Im Folgenden wird das Verfahren zur Laminier-Formgebung durch Sintern von Pulver unter Verwendung des oben genannten Laminier-Formgebungsgeräts erläutert.
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Hierbei wird ein Fall als Erläuterungsbeispiel gewählt, in dem das Formprodukt 47 mit dem dreidimensionalen Profil, wie es in 5A dargestellt ist, durch Laminier-Formgebung ausgebildet wird.
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Zunächst wird, wie in 5B bis 5C dargestellt, ein Formprodukt 47 mit dem gewünschten dreidimensionalen Profil unter Verwendung eines Computers geformt, wodurch ein Modell 48 des Formprodukts erhalten wird. Anschließend wird das Modell 48 des Formprodukts durch eine horizontale Ebene mit einer vorbestimmten Einheitshöhe aufgeschnitten, wodurch Schnittschichten 49a, 49b, ..., 49f ausgebildet werden. Im Folgenden wird, wie in 6 bis 9 dargestellt, die Materialpulverschicht 8 mit dem Laser bestrahlt, um das Materialpulver gezielt zu sintern, wodurch die gesinterten Schichten 50a, 50b, ..., 50f mit dem jeweiligen, den Schnittschichten 49a, 49b, ... bzw. 49f entsprechenden Profil ausgebildet werden. Die gesinterten Schichten werden außerdem miteinander verschmolzen, wodurch das Formprodukt 47 ausgebildet wird. Der durch das Umrissprofil umgebene Bereich jeder der Schnittschichten 49a, 49b, ..., 49f ist der mit dem Laser zu bestrahlende Bereich 45a, 45b, ..., 45f (im Folgenden als Bestrahlungsbereich bezeichnet). Die Schnittschichten, die gesinterten Schichten, und der Bestrahlungsbereich werden auch als Schnittschichten 49, gesinterte Schichten 50 bzw. Bestrahlungsbereich 45a bezeichnet.
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Wie beschrieben, kann das Formprodukt 47 durch Wiederholung des selektiven Sinterns des Materialpulvers der Materialpulverschicht 8 im Bestrahlungsbereich 45a ausgebildet werden. Dies erfolgt durch Bestrahlung des Bestrahlungsbereichs 45a mit dem Laser. Hierbei ist der Bestrahlungsbereich 45a durch das Umrissprofil jeder der Schnittschichten 49 des Modells 48 des Formprodukts umgeben.
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Im Folgenden wird das Verfahren zur Ausbildung der gesinterten Schichten 50 detailliert beschrieben.
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Zunächst wird die Höhe des Formgebungstischs 5 auf eine geeignete Position eingestellt, während die Formgebungsplatte 7 auf dem Formgebungstisch 5 angebracht wird. In diesem Zustand wird der Beschichtungskopf 11 mit dem Materialhalteabschnitt 11a, der mit dem Materialpulver gefüllt ist, in der durch den Pfeil B in 1 dargestellten Richtung von der linken Seite zur rechten Seite des Formgebungsbereichs R bewegt. Dementsprechend wird die erste Schicht der Materialpulverschicht 8 auf der Formgebungsplatte 7 ausgebildet. Anschließend wird, wie in 7 dargestellt, die Materialpulverschicht 8 mit dem Laser bestrahlt, um einen Abschnitt der Materialpulverschicht zu sintern und dadurch die erste gesinterte Schicht 50a zu erhalten.
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Hier wurde nach der herkömmlichen Technik die Laserbestrahlung in der Reihenfolge der Zeilenanordnung ausgeführt. Dementsprechend wurde, wie in 8 dargestellt, die Laserbestrahlung entlang der parallel zueinander angeordneten Zeilen in der Reihenfolge von Zeile s1, Zeile s2, Zeile s3 ausgeführt. Wird allerdings die Laserbestrahlung entlang der an die erste Zeile angrenzenden zweiten Zeile (beispielsweise Zeile s16) unmittelbar nach der Laserbestrahlung entlang der ersten Zeile (beispielsweise Zeile s15) ausgeführt, so kann die Wärme vom gesinterten Abschnitt entlang der ersten Zeile zu einer Überhitzung der Materialpulverschicht 8 entlang der zweiten Zeile führen. Dadurch können Probleme entstehen, wie die Aufwölbung des Materials, das Auftreten von Spritzern, die Erzeugung von Rauch durch die Sublimation des Materials und die Veränderung der Zusammensetzung.
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Um die oben genannten Probleme zu lösen, wird die Laserbestrahlung entlang der zweiten Zeile ausgeführt, wenn nach der Ausführung der Laserbestrahlung der ersten Zeile eine vorbestimmte Abkühldauer verstrichen ist. Da die entlang der ersten Zeile gesinterten Abschnitte während dieser Abkühldauer in einem gewissen Umfang gekühlt werden, wird die Wirkung der Wärme vom gesinterten Abschnitt entlang der ersten Zeile abgeschwächt, wodurch sich die oben genannten Probleme lösen lassen. Hierbei kann eine zufällige Zeile aus der Vielzahl von Zeilen, welche die Abtastpassage 46 bilden, als die erste Zeile ausgewählt werden, und eine zufällige Zeile aus den an die erste Zeile angrenzenden Zeilen kann als die zweite Zeile ausgewählt werden. Als die zweite Zeile ist eine zufällige Zeile aus den Zeilen, die von der Wärme von der ersten Zeile betroffen sind, auswählbar. Hierbei ist es vorteilhaft, die in der Querrichtung zur ersten Zeile (Querrichtung, wie sie in 8 dargestellt ist) nächstgelegene Zeile auszuwählen, da diese Zeile am stärksten durch die Wärme von der ersten Zeile betroffen ist. Wenn die erste Zeile beispielsweise Zeile s15 ist, so ist die zweite Zeile bevorzugtermaßen Zeile s16. Hierbei entspricht die "Querrichtung" der "in Bezug auf die Abtastrichtung orthogonalen Richtung" aus den Ansprüchen.
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Eine angemessene Abkühldauer ist in Übereinstimmung mit den Laserbestrahlungsbedingungen, wie der Laserleistung, dem Strahldurchmesser und dergleichen, festzulegen. Beispielsweise ist die Abkühldauer bevorzugtermaßen 1,5- bis 10-mal so lang und besonders Bevorzugtermaßen 2- bis 6-mal so lang wie die Bestrahlungsdauer des Lasers entlang der ersten Zeile. Ist die Abkühldauer zu kurz, so kann der gesinterte Abschnitt entlang der ersten Zeile nicht ausreichend gekühlt werden, wodurch die oben genannten Probleme entstehen. Daher ist die Abkühldauer bevorzugtermaßen 1,5-mal so lang wie die Bestrahlungsdauer des Lasers entlang der ersten Zeile oder länger. Ist die Abkühldauer andererseits jedoch zu lang, so wäre die Verschmelzung des gesinterten Abschnitts entlang der ersten Zeile und des gesinterten Abschnitts entlang der zweiten Zeile nicht ausreichend. Aus experimentellen Untersuchungen ist bekannt, dass dies zu einem weiteren Problem führen kann, nämlich zum Auftreten eines unvollständig verschmolzenen Abschnitts im Formprodukt. Daher wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl in Übereinstimmung mit der Abkühldauer so gesteuert, dass überschüssige Wärme nicht auf die angrenzende Zeile angewandt wird und dass die Verschmelzung mit der angrenzenden Zeile nicht unzureichend ist. So wird die sukzessive Bestrahlung mit dem Laserstrahl entlang der ersten Zeilen in jeder der Zeilengruppen von einer Zeilengruppe zur nächsten Zeilengruppe, gefolgt von der sukzessiven Bestrahlung mit dem Laserstrahl entlang der zweiten Zeilen in jeder der Zeilengruppen von einer Zeilengruppe zur nächsten Zeilengruppe erreicht, indem die erste Zeile in einer vorbestimmten Zeilengruppe mit dem Laserstrahl bestrahlt wird und dann nach der Abkühldauer die zweite Zeile in einer vorbestimmten Zeilengruppe mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. Dementsprechend wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl so gesteuert, dass der Laserstrahl entlang einer von der ersten Zeile getrennten Zeile oder Vielzahl von Zeilen gestrahlt wird, bis die Bestrahlung mit dem Laserstrahl für alle der Zeilen im Bestrahlungsbereich ausgeführt wurde. Daher ist die Abkühldauer bevorzugtermaßen 10-mal so lang wie die Bestrahlungsdauer des Lasers entlang der ersten Zeile oder kürzer. Beträgt beispielsweise die Bestrahlungsdauer des Lasers entlang der ersten Zeile 10 ms, so beträgt die Abkühldauer bevorzugtermaßen 15 ms bis 100 ms. Die Abkühldauer kann mit zunehmender Länge der ersten Zeile ausgedehnt werden. Die Bestrahlungsposition des Lasers kann rasch zu einer zufälligen Position bewegt werden, indem der Winkel der Galvanometer-Abtaster 43a und 43b verändert wird, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Anzahl der Zeilen, die während der Abkühldauer mit dem Laser bestrahlt werden, soll von der Länge der Abkühldauer abhängen. Hierbei beträgt beispielsweise die Anzahl bevorzugtermaßen 1 bis 9 und besonders bevorzugtermaßen 2 bis 6.
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Wie in 8 dargestellt, ist in der Abtastpassage 46, die in der Gesamtheit des mit dem Laser zu bestrahlenden Bestrahlungsbereichs 45a bereitgestellt ist, eine Vielzahl von Zeilen s1 bis s84 angeordnet. Hierbei weisen die Zeilen aus der Vielzahl von Zeilen s1 bis s84 dieselbe Länge auf und erstrecken sich in der Längsrichtung. Die Zeilen aus der Vielzahl von Zeilen s1 bis s84 sind so angeordnet, dass jede der drei Zeilengruppen G1 bis G3 jeweils 28 Zeilen enthält. Die in jeder der Zeilengruppen G1 bis G3 enthaltenen Zeilen sind in zwei Spalten angeordnet, wobei jede der Spalten 14 Zeilen enthält. Insbesondere ist in der Zeilengruppe G1 auf der linken Seite von 8 eine Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s1 bis s14 enthält, und auf der rechten Seite von 8 ist eine Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s15 bis s28 enthält. Hierbei sind jeweils die Zeilen s1 und s15, die Zeilen s2 und s16, ..., die Zeilen s13 und s27 und die Zeilen s14 und s28 in der Längsrichtung nebeneinander angeordnet. In der Zeilengruppe G2 ist auf der linken Seite von 8 eine Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s29 bis s42 enthält, und auf der rechten Seite von 8 ist eine Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s43 bis s56 enthält. Hierbei sind jeweils die Zeilen s29 und s43, die Zeilen s30 und s58, ..., die Zeilen s41 und s55 und die Zeilen s42 und s56 in der Längsrichtung nebeneinander angeordnet.
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In der Zeilengruppe G3 ist auf der linken Seite von 8 ein Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s57 bis s70 enthält, und auf der rechten Seite von 8 ist eine Spalte bereitgestellt, welche die Zeilen s71 bis s84 enthält. Hierbei sind jeweils die Zeilen s57 und s71, die Zeilen s58 und s72, ..., die Zeilen s69 und s83 und die Zeilen s70 und s84 in der Längsrichtung nebeneinander angeordnet. Darüber hinaus sind die Zeilengruppen G1 bis G3 in der Längsrichtung ausgerichtet. Insbesondere sind die Zeilengruppe G1 und die Zeilengruppe G2 so angeordnet, dass jeweils die Zeilen s15 und s29, die Zeilen s16 und s30, ..., die Zeilen s27 und s41 und die Zeilen s28 und s42 in der Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Ferner sind die Zeilengruppe G2 und die Zeilengruppe G3 so angeordnet, dass jeweils die Zeilen s43 und s57, die Zeilen s44 und s58, ..., die Zeilen s55 und s83 und die Zeilen s56 und s70 in der Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Hierbei kann die Anzahl der Zeilengruppen willkürlich ausgewählt sein.
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Hier wird die Zeilengruppe der Reihe nach aus G1 bis G3 ausgewählt, und der Laser wird entlang einer, zur ausgewählten Zeilengruppe gehörenden Zeile gestrahlt. Zunächst werden hinsichtlich der auf der linken Seite von 8 bereitgestellten Spalten in den Zeilengruppen G1 bis G3 die Zeile s1, Zeile s29, Zeile s57, Zeile s2, Zeile s30, Zeile s58, ..., Zeile s13, Zeile s41, Zeile s69, Zeile s14, Zeile s42 und Zeile s70 in dieser Reihenfolge mit dem Laser bestrahlt. Anschließend werden hinsichtlich der auf der rechten Seite von 8 bereitgestellten Spalten in den Zeilengruppen G1 bis G3 die Zeile s15, Zeile s43, Zeile s71, Zeile s16, Zeile s44, Zeile s72, ..., Zeile s27, Zeile s55, Zeile s83, Zeile s28, Zeile s56 und Zeile s84 in dieser Reihenfolge mit dem Laser bestrahlt. Das heißt, dass nach der Laserbestrahlung einer Zeile die nächste für die Laserbestrahlung ausgewählte Zeile in der Längsrichtung von der einen Zeile um die Länge der Zeilen s1 bis s84 oder mehr entfernt ist. Hierbei wird die Bestrahlungsgeschwindigkeit konstant gehalten, um Bestrahlungsflecken zu vermeiden.
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9 ist ein Diagramm, das den zeitlichen Ablauf der Steuerung der Ein- und Ausschaltung des auf die Zeilen s1 bis s84 gestrahlten Lasers darstellt. Die durchgehende Linie, die gestrichelte Linie und die strichpunktierte Linie stellen den zeitlichen Ablauf der Laserbestrahlung der jeweils in der Zeilengruppe G1, Zeilengruppe G2, und Zeilengruppe G3 enthaltenen Zeilen dar. Das Diagramm aus 9 zeigt, wie die Laserbestrahlung in der oben genannten Reihenfolge in Bezug auf die Spalte auf der linken Seite der Zeilengruppen G1 bis G3 ausgeführt wird, d. h. dass die Laserbestrahlung L1 für die Zeile s1 ausgeführt wird, die Laserbestrahlung L29 für die Zeile s29 ausgeführt wird, die Laserbestrahlung L57 für die Zeile s57 ausgeführt wird, ..., die Laserbestrahlung L14 für die Zeile s14 ausgeführt wird, die Laserbestrahlung L42 für die Zeile s42 ausgeführt und die Laserbestrahlung L70 für die Zeile s70 ausgeführt wird. Anschließend werden in Bezug auf die Spalte auf der rechten Seite der Zeilengruppen G1 bis G3 die Laserbestrahlung L15 für die Zeile s15 ausgeführt, die Laserbestrahlung L43 für die Zeile s43 ausgeführt, die Laserbestrahlung L72 für die Zeile s72 ausgeführt, ..., die Laserbestrahlung L28 für die Zeile s28 ausgeführt, die Laserbestrahlung L56 für die Zeile s56 ausgeführt und die Laserbestrahlung L84 für die Zeile s84 ausgeführt, wodurch eine Pulverschicht gesintert wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nach der Laserbestrahlung einer Zeile eine Vielzahl von Zeilen, die in der Längsrichtung um die Länge der Zeilen s1 bis s84 oder mehr entfernt sind, während der Abkühldauer mit dem Laser bestrahlt, bis die angrenzenden Zeilen in der Querrichtung gesintert sind.
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Darüber hinaus haben die Zeilen s1 bis s84 dieselbe Länge, und die Bestrahlungsgeschwindigkeit des Lasers ist konstant. Daher lässt sich, wie in 9 dargestellt, die Differenz der Abkühldauer kompensieren, die sich aus der Differenz der Gesamtlänge der Zeilen ergibt, die nach der Bestrahlung der ersten Zeile und vor der Bestrahlung der zweiten Zeile bestrahlt werden, ohne eine Stillstandszeit bereitzustellen, in der die Laserbestrahlung nicht ausgeführt wird, und es kann eine andere Zeile mit dem Laser bestrahlt werden. Dementsprechend können alle der Zeilen, die im Bestrahlungsbereich jeder der Schichten angeordnet sind, ohne Zeitverlust mit dem Laser bestrahlt werden. Daher lässt sich die für das Sintern einer Schicht benötigte Zeit auf ein Minimum reduzieren.
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Hierbei kann die Laserbestrahlung in Übereinstimmung mit Steuerungsdaten gesteuert werden, die durch ein im Laminier-Formgebungsgerät installiertes Programm erzeugt werden, oder in Übereinstimmung mit Steuerungsdaten gesteuert werden, die erzeugt werden, indem einem separat bereitgestellten computergestützten Fertigungssystem ermöglicht wird, ein Programm auszuführen, das Steuerungsdaten zur Steuerung der Laserbestrahlung erzeugt. Hier handelt es sich bei den Steuerungsdaten beispielsweise um Daten, welche die Bestrahlungsposition des Lasers mit der Ein- und Ausschaltung der Laserquelle 42 verknüpfen. Das Laminier-Formgebungsgerät steuert den Winkel des Galvanometer-Abtasters 43a und 43b in Verknüpfung mit der Ein-/Aussteuerung der Laserquelle 42 in Übereinstimmung mit diesen Steuerungsdaten und steuert so die Bestrahlungsposition des Lasers. So kann das Verfahren zur Laminier-Formgebung durch Sintern von Pulver der Ausführungsform ausgeführt werden.
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Anschließend wird die Höhe des Formgebungstischs 5 um die Stärke einer Schicht der Materialpulverschicht 8 abgesenkt, und danach wird der Beschichtungskopf 11 von der rechten Seite auf die linke Seite des Formgebungsbereichs R bewegt. Dementsprechend wird auf der gesinterten Schicht 50a eine zweite Materialpulverschicht 8 ausgebildet.
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Im Folgenden wird, in gleicher Weise wie beschrieben, der vorgegebene Abschnitt der Materialpulverschicht 8 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, wodurch der mit dem Laserstrahl bestrahlte Abschnitt der Materialpulverschicht 8 gesintert wird. Dementsprechend wird die zweite gesinterte Schicht 50b erhalten.
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Durch Wiederholen der oben genannten Vorgänge werden die dritte gesinterte Schicht 50c, die vierte gesinterte Schicht 50d und die darauffolgenden gesinterten Schichten ausgebildet. Die angrenzenden gesinterten Schichten sind fest miteinander verbunden.
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Nach dem Abschluss der Laminier-Formgebung werden die ungesinterten Materialpulver über den Pulveraustragsabschnitt 27 ausgetragen, um das Formprodukt zu ergeben.
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2. Zweite Ausführungsform
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Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Diese Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Ausführungsform und eine Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Formprodukten durch eine Laminier-Formgebung hergestellt wird.
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Ist die Größe des Formprodukts gering, so kann eine Vielzahl der Formprodukte durch eine Laminier-Formgebung hergestellt werden. Die Vielzahl von Zeilen s1 bis s40 weisen dieselbe Länge auf und erstrecken sich in der Längsrichtung. Wird die Vielzahl der Formprodukte in einer Laminier-Formgebung hergestellt, so ist der Bestrahlungsbereich 45a, wie in 10 dargestellt, mit einer Vielzahl von voneinander getrennt angeordneten Bestrahlungsunterbereichen 145a ausgebildet. Hierbei ist die Abtastpassage 46 so bereitgestellt, dass sie die Vielzahl der Bestrahlungsunterbereiche 145a bedeckt.
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Darüber hinaus sind die Zeilengruppen G1 bis G4 jeweils in separaten Bestrahlungsunterbereichen 145a angeordnet. Jede der Zeilengruppen enthält eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Zeilen. Insbesondere enthält die Zeilengruppe G1 die Zeilen s1 bis s16, die Zeilengruppe G2 enthält die Zeilen s17 bis s32, die Zeilengruppe G3 enthält s33 bis s48 und die Zeilengruppe G4 enthält s49 bis s64.
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In einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden die Zeilengruppen G1 bis G4 der Reihe nach ausgewählt, und die Laserbestrahlung wird entlang einer zur ausgewählten Zeilengruppe gehörenden Zeile ausgeführt. Anschließend wird die ausgewählte eine Zeile mit dem Laser bestrahlt. Insbesondere wird die Zeilengruppe in der Reihenfolge von G1, G2, G3, G4, G1, G2, G3, G4 ausgewählt, und die eine Zeile wird in Übereinstimmung mit der Rangfolge aus der ausgewählten Zeilengruppe ausgewählt. Da die Zeilengruppen G1 bis G4 voneinander getrennt sind, lassen sich die Auswirkungen der Wärme von dem mit dem Laser bestrahlten Abschnitt vermindern. Dementsprechend können bei der vorliegenden Ausführungsform in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine angemessene Abkühldauer beibehalten und zugleich eine Ausdehnung der Formgebungsdauer verhindert werden.
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3. Dritte Ausführungsform
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Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, und der Hauptunterschied besteht in der Art und Weise der Zeilengruppenanordnung. Im Folgenden wird dieser Unterschied im Wesentlichen erläutert.
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Bei der ersten Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, war die Zeilengruppe so angeordnet, dass alle der Zeilen in einer Spalte zu derselben Zeilengruppe gehörten. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Zeilengruppen so angeordnet, dass die zu einer Spalte gehörenden Zeilen unterteilt sind und zu einer Vielzahl separater Zeilengruppen gehören. Insbesondere sind die zur ersten Spalte gehörenden Zeilen s1 bis s20 in vier untergliedert, wobei die Zeilen s1 bis s5, die Zeilen s6 bis s10, die Zeilen s11 bis s15 und die Zeilen s16 bis s20 jeweils zu den Zeilengruppen G1 bis G4 gehören. Darüber hinaus wird bei der zweiten Spalte eine ähnliche Anordnung vorgenommen, und die Zeilen s21 bis s40 werden in vier untergliedert, wobei die Zeilen s21 bis s25, die Zeilen s26 bis s30, die Zeilen s31 bis s35 und die Zeilen s36 bis s40 jeweils zu den Zeilengruppen G1 bis G4, gehören.
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In einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform werden die Zeilengruppen G1 bis G4 der Reihe nach ausgewählt, und die Laserbestrahlung wird entlang einer zur ausgewählten Zeilengruppe gehörenden Zeile ausgeführt. Insbesondere wird die Zeilengruppe in der Reihenfolge von G1, G2, G3, G4, G1, G2, G3, G4 ausgewählt, und die eine Zeile wird in Übereinstimmung mit der Rangfolge aus der ausgewählten Zeilengruppe ausgewählt. Insbesondere wird die Laserbestrahlung der Zeilen s1, s6, s11, s16, s2, s7, s12, s17, ... in dieser Reihenfolge ausgeführt. Da die Zeilen s6, s11 und s16, die während der Abkühldauer mit dem Laser bestrahlt werden, alle von der Zeile s1 entfernt sind, sind die Auswirkungen der Wärme vom gesinterten Abschnitt entlang der ersten Zeile s1 im Wesentlichen gering. Hierbei ist die Abkühldauer ein Zeitraum zwischen der Ausführung der Laserbestrahlung entlang der Zeile s1 (erste Zeile) und der Ausführung der Laserbestrahlung entlang der Zeile s2 (zweite Zeile). Dementsprechend können bei der vorliegenden Ausführungsform in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine angemessene Abkühldauer beibehalten und zugleich eine Ausdehnung der Formgebungsdauer verhindert werden.
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4. Vierte Ausführungsform
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Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, und der Hauptunterschied besteht in der Reihenfolge der Laserbestrahlung entlang der Zeile. Im Folgenden wird dieser Unterschied im Wesentlichen erläutert.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die im Bestrahlungsbereich 45a bereitgestellte Abtastpassage 46 mit den Zeilen s1 bis s40 ausgebildet. Die Zeilen s1 bis s40 sind, wie in 12 dargestellt ist, in den ungeraden Reihen von links nach rechts angeordnet und in den geraden Reihen von rechts nach links angeordnet. Anschließend wird bei der ersten Laserbestrahlung die Bestrahlung mit dem Laser entlang der durch die fetten Linien dargestellten ungeraden Zeilen ausgeführt, und bei der zweiten Laserbestrahlung wird die Bestrahlung entlang der durch die gestrichelten Linien dargestellten geraden Zeilen ausgeführt. Durch die Ausführung der Bestrahlung in dieser Reihenfolge kann nach der Laserbestrahlung entlang der Zeile s1 (erste Zeile) und vor der Bestrahlung entlang der an die Zeile 1 angrenzenden Zeilen s2 und s8 eine ausreichende Abkühldauer aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann der Laser während der Abkühldauer entlang einer Vielzahl von Zeilen gestrahlt werden.
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Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Hierbei ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen oder auf die Beispiele beschränkt, und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, solange diese innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen.
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Bei der ersten bis zur vierten Ausführungsform waren die Längen der Vielzahl von Zeilen gleich. Dabei kann die Länge der Vielzahl von Zeilen unterschiedlich sein. Das heißt, dass es hinsichtlich der Form jeder der Schichten keine Einschränkungen gibt. Dementsprechend gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich des Profils des erhaltenen Produkts. Um in diesem Fall die Differenz der Abkühldauer zu kompensieren, die sich aus der Differenz der Gesamtlänge der Vielzahl von Zeilen ergibt, die nach der Bestrahlung einer bestimmten Zeile und vor der Bestrahlung einer in der Querrichtung an die bestimmte Zeile angrenzenden Zeile bestrahlt werden, muss erforderlichenfalls eine Stillstandszeit bereitgestellt werden, wobei jedoch die zum Sintern einer Schicht benötigte Zeit verkürzt werden kann im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall, bei dem die Laserbestrahlung der Reihe nach von oben ausgehend ausgeführt und nach jeder Laserbestrahlung einer Zeile eine Stillstandszeit zur Kühlung bereitgestellt wurde.
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Darüber hinaus war bei der ersten bis zur dritten Ausführungsform die Anzahl der in jeder der Zeilengruppen enthaltenen Zeilen konstant. Dabei kann die Anzahl der in den Zeilengruppen enthaltenen Zeilen von Zeilengruppe zu Zeilengruppe unterschiedlich sein. In diesem Fall wird beispielsweise in der Endphase des Lasersinterns einer bestimmten Schicht die Anzahl der für die sukzessive Bestrahlung auszuwählenden Zeilen geringer. Anschließend kann das Sintern einer in der Längsrichtung angrenzenden Zeile in Betracht gezogen werden, wobei jedoch eine Stillstandszeit, in der die Laserbestrahlung nicht ausgeführt wird, nur in diesen Fällen bereitgestellt zu werden braucht. Dementsprechend lässt sich die für das Sintern einer Schicht benötigte Zeit gegenüber dem herkömmlichen Fall, in dem nach jeder Laserbestrahlung einer Zeile eine Stillstandszeit zum Kühlen bereitgestellt wurde, verkürzen.
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Beispiele
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Es wurde eine Materialpulverschicht mit einer Stärke von 200 bis 250 µm unter Verwendung eines Eisenpulvers mit einer Korngröße von 20 µm ausgebildet. Die Materialpulverschicht wurde mit dem Laser bestrahlt, um eine gesinterte Schicht mit einer Stärke von 50 µm auszubilden. Diese Vorgänge wurden wiederholt, um das Formprodukt herzustellen. Die Laserbestrahlung erfolgte unter folgenden Bedingungen: Abtastgeschwindigkeit: 1.400 mm/s, Leistung: 320 W und Strahldurchmesser: 200 µm. Die Bestrahlungspassage des Lasers war mit einer Vielzahl von Zeilen ausgebildet, die als eine Matrix angeordnet war, wie in 11 dargestellt. Der Abstand zwischen den angrenzenden Zeilen betrug 120 µm. Die Bestrahlungsdauer des Lasers für jede der Zeilen betrug 9 ms. Beim Vergleichsbeispiel betrug die Abkühldauer, die vor der Laserbestrahlung der angrenzenden Zeile bereitgestellt wurde, 9 ms, und während der Abkühldauer wurde keine Laserbestrahlung anderer Zeilen ausgeführt. Bei den Beispielen betrug die Abkühldauer, die vor der Laserbestrahlung der angrenzenden Zeile bereitgestellt wurde, 30 ms, und die Laserbestrahlung wurde, wie bei der Ausführungsform 3, entlang einer Zeile ausgeführt, die zu einer in der Reihenfolge der Zeilengruppen G1 bis G4 ausgewählten Zeilengruppe gehörte. Dementsprechend wurde bei den Beispielen die Laserbestrahlung während der Abkühldauer entlang dreier Zeilen ausgeführt. Die Bedingungen der Beispiele erforderten weniger Zeit zur Herstellung des Formprodukts als die Bedingungen der Vergleichsbeispiele.
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Die Rockwellhärte der Formprodukte, die unter den Bedingungen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele erhalten wurden, wurde vor und nach der Vergütungsbehandlung gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Darüber hinaus sind vergrößerte Bilder der oberen Oberfläche des Formprodukts in
13A bis
13B dargestellt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenqualität und die Härte der Beispiele gegenüber den Vergleichsbeispielen verbessert wurden. Darüber hinaus weisen die Beispiele weniger Poren, sogenannte "Nester", und somit eine höhere Rohdichte auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Formgebung ausgeführt werden, die sich für Metallteile oder Metallformen eignet. [Tabelle 1]
| | Vor der Vergütung | Nach der Vergütung |
| Beispiel | 37,0 | 54,7 |
| Vergleichsbeispiel | 33,1 | 52,1 |
* HR
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kammer
- 3
- Pulverschichtausbildungsgerät
- 5
- Formgebungstisch
- 8
- Materialpulverschicht
- 11
- Beschichtungskopf
- 13
- Laseremitter
- 17
- rauchhaftungsverhindernder Abschnitt
- 26
- Pulverrückhaltewand
- 27
- Pulveraustragsabschnitt
- 28
- Schüttenführung
- 29
- Schütte
- 30
- Behälter
- 31
- Antriebsmechanismus
- 32
- Pulverrückhalteraum
- 33
- oberer Abstreifer
- 34
- Staubwanne
- 42
- Laserquelle
- 43a, 43b
- Galvanometer-Abtaster
- 44
- Kondensor
- 45a
- Bestrahlungsbereich
- 46
- Abtastpassage
- 47
- Formprodukt
- 48
- Formproduktmodell
- 49
- Schnittschicht
- 50
- gesinterte Schicht
- L
- Laser
-
Wenngleich verschiedene beispielhafte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Daher soll der Umfang der Erfindung ausschließlich durch den Umfang der folgenden Ansprüche begrenzt sein.
