-
AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laminierformvorrichtung.
-
Ausgangssituation der Erfindung
-
In einem Laminierformverfahren von Metall unter Verwendung eines Laserstrahls wird ein Formtisch, der zu einer vertikalen Bewegung fähig ist, in einem mit Stickstoffgas gefüllten Formraum angeordnet. Dann wird eine sehr dünne Werkstoffpulverschicht auf dem Formtisch gebildet. Anschließend werden vorgegebene Abschnitte dieser Werkstoffpulverschicht mit dem Laserstrahl bestrahlt, um das Werkstoffpulver an der Bestrahlungsposition zu sintern, wodurch eine gesinterte Schicht gebildet wird. Diese Arbeitsabläufe werden wiederholt, um ein gewünschtes geformtes Produkt zu bilden. Die Werkstoffpulverschicht wird gebildet, indem der Recoater-Kopf bewegt wird, der das Werkstoffpulver auf den Formtisch aufbringt, während er das Werkstoffpulver einebnet (
JP 4792905 B ,
US 2006/0208396 A1 ,
US 2004/0005182 A1 ,
US 2010/0305743 A1 ).
-
Hierbei kann, in Abhängigkeit von den Bestrahlungsbedingungen des Laserstrahls, in der gesinterten Schicht ein Höcker gebildet werden. Da die Lücke zwischen dem Recoater-Kopf und der gesinterten Schicht äußerst klein ist, kann die Bildung des Höckers in der gesinterten Schicht zu Fällen führen, in denen der Recoater-Kopf mit dem Höcker zusammenstößt.
-
Um eine Beendigung des Laminierformens auch bei Eintritt eines solchen Zusammenstoßes zu vermeiden, wählt
JP 4792905 B einen Aufbau, bei dem sich die Klinge des Recoater-Kopfes vorübergehend zum Zwecke der Räumung dreht, wenn die Klinge mit dem Höcker zusammenstößt.
-
Gemäß
US 2006/0208396 A1 wird bei einem Zusammenstoß der Klinge mit einer gesinterten Erhebung die Klinge gestoppt und zurückgefahren.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Technisches Problem
-
Wenn die Klinge jedoch selbst so konfiguriert ist, dass sie beweglich ist, wird die Struktur des Recoater-Kopfes komplizierter. Hier ist die Höhe der Klinge, wenn diese auf dem Recoater-Kopf installiert ist, genauestens eingestellt, um eine dünne Werkstoffpulverschicht mit einer Dicke von 300 µm oder weniger stabil zu bilden. Da das Installieren der Klinge äußerst schwierig ist, ist die Klinge vorzugsweise so zu konfigurieren, dass sie sich nicht bewegt und ihr Aufbau so einfach wie möglich ist.
-
Außerdem muss die Klinge so ausgestaltet sein, dass sie die Ausweichoperation unter Berücksichtigung des Ausmaßes des Schadens, der sich aus der auf die Klinge ausgeübten Belastung ergibt, ausführt. Ob die Klinge beschädigt wird oder nicht, hängt hauptsächlich von der Bewegungsgeschwindigkeit des Recoater-Kopfes (Klinge) oder dem Werkstoff des Werkstoffpulvers (Fülldichte und Härte nach dem Sintern) ab. Deshalb wird die Ausgestaltung der Klinge schwieriger. Sicherheitshalber würde die Klinge die Ausweichoperation selbst bei einem niedrigen Belastungsgrad ausführen, was zu einer häufigen Beendigung des Recoatens führt. Folglich kann das Recoaten nicht konstant und stabil ausgeführt werden.
-
Hier kann eine Maßnahme zum Detektieren der Belastung vorgesehen sein und die Klinge kann die Ausweichoperation entsprechend der Belastung ausführen. Wenn die Klinge jedoch die Ausweichoperation nach dem Detektieren der Belastung ausführt, kann ein Fall eintreten, in dem die Ausweichoperation nicht rechtzeitig ausführbar ist. Außerdem muss, da die Ausweichoperation der Klinge im Wesentlichen gesteuert wird, der sequenzielle Formarbeitsgang, der durch das Programm betrieben wird, durch die Steuereinrichtung zeitweilig eingestellt und wieder aufgenommen werden. Das würde die Dauer des Formens unnötig verlängern.
-
Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung dieser Umstände gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Laminierformvorrichtung, die verhindern kann, dass der Recoater-Kopf beschädigt wird, wenn der Recoater-Kopf mit einem Hindernis zusammenstößt, und die rasche Wiederaufnahme des Prozesses des Bildens der Werkstoffpulverschicht.
-
Mittel zur Lösung des Problems
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bereitgestellt eine Laminierformvorrichtung, umfassend eine Kammer, die einen gewünschten Formbereich abdeckt (oder umschließt) und mit einem Inertgas mit einer gewünschten Konzentration gefüllt ist, einen Recoater-Kopf zum Bilden einer Werkstoffpulverschicht durch Bewegen in der Kammer unter Aufbringen eines Werkstoffpulvers auf den Formbereich und Einebnen des Werkstoffpulvers und einen Laserstrahlemitter zum Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnittes der Werkstoffpulverschicht mit einem Laserstrahl, wodurch das Werkstoffpulver an einer Bestrahlungsposition gesintert wird, um eine gesinterte Schicht zu bilden, wobei der Recoater-Kopf so konfiguriert ist, dass er durch einen Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus bewegt werden kann, der Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus einen Stellmotor zum Bewegen des Recoater-Kopfes, eine Codiereinrichtung zum Detektieren eines Betrages der Bewegung des Recoater-Kopfes und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Stellmotors entsprechend einem durch die Codiereinrichtung detektierten Wert umfasst, und die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Stellmotor in einen Zustand der Nichtsteuerung versetzt, wodurch der Recoater-Kopf in einen Zustand der Nichtsteuerung versetzt wird, wenn ein Zusammenstoß des Recoater-Kopfes mit einem Hindernis detektiert wird.
-
Wirkung der Erfindung
-
In der vorliegenden Erfindung besteht das bedeutsamste Merkmal darin, dass der Stellmotor und der Recoater-Kopf in einen Zustand der Nichtsteuerung versetzt werden, wenn detektiert wird, dass der Recoater-Kopf mit einem Hindernis zusammenstoßen und beschädigt werden könnte. Durch diesen Vorgang geht das Drehmoment im Wesentlichen sofort verloren und der Recoater-Kopf würde somit selbst bei einem Zusammenstoß des Recoater-Kopfes mit dem Hindernis nicht beschädigt werden. Dann würde, da das Hindernis den Recoater-Kopf elastisch springen lassen würde, der Recoater-Kopf in einer entgegengesetzten Richtung „leer laufen“ und dabei Geschwindigkeit hauptsächlich durch den Reibungswiderstand seitens der Führung und des Übertragungsmechanismus und durch die Trägheit des Motors verlieren und dadurch in einem Zustand der Stoßrelaxation angehalten werden. Deshalb ist eine Beschädigung des Recoater-Kopfes verhinderbar und das Programm unverzüglich wieder aufnehmbar, wodurch die sofortige Wiederaufnahme des Prozesses des Bildens der Werkstoffpulverschicht ermöglicht wird.
-
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die unten bereitgestellten Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar.
-
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie den Stellmotor in einen Zustand der Steuerung versetzt, nachdem ein vorgeschriebenes Kriterium für die Wiederaufnahme erfüllt ist.
-
Vorzugsweise umfasst die Laminierformvorrichtung ferner einen Spindelkopf, der so konfiguriert ist, dass er sich in der Kammer bewegen kann, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie das Bilden der Werkstoffpulverschicht nach Entfernen des Hindernisses unter Verwendung eines auf den Spindelkopf montierten rotierenden Schneidwerkzeuges neu startet.
-
Vorzugsweise umfasst die Laminierformvorrichtung ferner einen Detektor für elektrischen Strom zum Detektieren eines an den Stellmotor gelieferten elektrischen Stroms, wobei die Steuereinrichtung den Stellmotor in den Zustand der Nichtsteuerung versetzt, wenn der elektrische Strom einen vorgeschriebenen Wert des elektrischen Stroms überschreitet, und feststellt, dass sich der Zusammenstoß ereignet hat.
-
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass, wenn ein Zusammenstoß des Recoater-Kopfes mit einem Hindernis detektiert worden ist, der Stellmotor in einen Zustand der Nichtsteuerung versetzt wird, in dem das Drehmoment nicht mehr vorhanden ist und sich der Recoater-Kopf im Leerlauf befindet.
-
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass, wenn der Recoater-Kopf während des Bildens der Werkstoffpulverschicht durch Bewegen des Recoater-Kopfes mit einem Hindernis zusammenstößt und das Bilden der Werkstoffpulverschicht unterbrochen ist, das Hindernis unter Verwendung eines auf den Spindelkopf montierten rotierenden Schneidwerkzeuges entfernt wird, wobei der Stellmotor vor oder nach dem Entfernen des Hindernisses in einen Zustand der Steuerung versetzt und dann das Bewegen des Recoater-Kopfes neu gestartet wird, um das Bilden der Werkstoffpulverschicht neu zu starten.
-
Figurenliste
-
Die oben erwähnten weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich deutlicher in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
- 1 ein grobes Konstruktionsschema der Laminierformvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
- 2 eine perspektivische Ansicht der Pulverschichtbildungsvorrichtung 3 und des Laserstrahlemitters 13 ist,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Recoater-Kopfes 11 ist,
- 4 eine perspektivische Ansicht des Recoater-Kopfes 11 aus einem anderen Winkel ist,
- 5 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus des Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus 51 ist, erhalten durch Herauslösen des Aufbaus in der Nähe des Recoater-Kopfes 11 von 2,
- 6 ein Konstruktionsschema des Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus 51 ist,
- 7A eine perspektivische Ansicht des geformten Produktes 47, das das gewünschte Profil hat, ist,
- 7B eine perspektivische Ansicht des Modells des geformten Produktes von 7A ist,
- 7C eine perspektivische Ansicht des Modells von 7B ist, in Scheiben geschnitten durch eine horizontale Ebene in einer vorgegebenen Einheitshöhe,
- 8 eine perspektivische Ansicht des durch Laminieren der gesinterten Schichten 50 erhaltenen geformten Produktes 47 ist,
- 9 eine erläuternde Zeichnung ist, die das Laminierformverfahren zeigt, das die Laminierformvorrichtung von 1 verwendet,
- 10 eine erläuternde Zeichnung ist, die das Laminierformverfahren zeigt, das die Laminierformvorrichtung von 1 verwendet.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hier sind die in den Ausführungsformen gezeigten Charakteristika miteinander kombinierbar.
-
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Laminierformvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kammer 1, die den gewünschten Formbereich R abdeckt oder umschließt und mit einem Inertgas mit einer gewünschten Konzentration gefüllt ist, einen Recoater-Kopf 11, der sich in der Kammer 1 bewegt und eine Werkstoffpulverschicht 8 durch Aufbringen und Einebnen des Werkstoffpulvers auf dem Formbereich R bildet, einen Laserstrahlemitter 13, der vorgegebene Abschnitte der Werkstoffpulverschicht 8 mit einem Laserstrahl L bestrahlt, um das Werkstoffpulver an der Bestrahlungsposition zu sintern, wodurch eine gesinterte Schicht gebildet wird.
-
Im Inneren der Kammer 1 ist eine Pulverschichtbildungsvorrichtung 3 vorgesehen. Die Pulverschichtbildungsvorrichtung 3 umfasst eine Bettplattform 4 mit dem Formbereich R, einen Recoater-Kopf 11, der auf der Bettplattform 4 vorgesehen und so aufgebaut ist, dass er zu einer Bewegung in eine horizontale uniaxiale Richtung (Richtung angezeigt durch Pfeil B) fähig ist, und längliche Glieder 9r, 91, die auf beiden Seiten des Formbereiches R entlang der Bewegungsrichtung des Recoater-Kopfes 11 vorgesehen sind. Der Formbereich R ist ferner mit einem Formtisch 5 versehen, der zu einer Bewegung in eine vertikale Richtung (Richtung angezeigt durch Pfeil A in 1) fähig ist. Hier ist der Formtisch 5 durch einen Antriebsmechanismus 31 angetrieben. Bei Verwendung der Laminierformvorrichtung ist eine Formplatte 7 auf dem Formtisch 5 platziert und die Werkstoffpulverschicht 8 wird auf dem Formtisch 5 gebildet.
-
Die Pulverstauwand 26 ist so vorgesehen, dass sie den Formtisch 5 umgibt, und das nichtgesinterte Werkstoffpulver wird in dem Pulverstauraum, der von der Pulverstauwand 26 und dem Formtisch 5 umgeben ist, aufbewahrt. In der Unterseite der Pulverstauwand 26 ist der Pulverableitungsabschnitt 27 vorgesehen, der zum Ableiten des Werkstoffpulvers in dem Pulverstauraum fähig ist. Nach Vollendung des Laminierformens wird der Formtisch 5 abgesenkt, um das nichtgesinterte Werkstoffpulver aus dem Pulverableitungsabschnitt 27 abzuleiten. Das abgeleitete Werkstoffpulver wird durch die Schüttenführung 28 zu der Schütte geführt, und dann wird über die Schütte das Werkstoffpulver in dem Kübel (beide nicht gezeigt) aufbewahrt.
-
Wie in 2 bis 5 gezeigt, umfasst der Recoater-Kopf 11 einen Werkstoffaufnahmeabschnitt 11a, einen auf der Oberseite des Werkstoffaufnahmeabschnittes 11a vorgesehenen Abschnitt 11b mit einer Öffnung in der Oberseite und eine auf der Unterseite des Werkstoffaufnahmeabschnittes 11a vorgesehene Werkstoffableitungsöffnung 11c, wobei die Werkstoffableitungsöffnung 11c das Werkstoffpulver in dem Werkstoffaufnahmeabschnitt 11a ableitet. Die Werkstoffableitungsöffnung 11c hat eine längliche Schlitzform, die sich in der horizontalen uniaxialen Richtung (Richtung angezeigt durch Pfeil C), die die Bewegungsrichtung (Richtung angezeigt durch Pfeil B) des Recoater-Kopfes 11 orthogonal kreuzt, streckt. Auf beiden Seiten des Recoater-Kopfes 11 sind Rakelklingen 11fb und 11rb zum Bilden einer Werkstoffpulverschicht 8 durch Einebnen des aus dem Werkstoffableitungsabschnitt 11c abgeleiteten Werkstoffpulvers vorgesehen. Außerdem sind auf beiden Seiten des Recoater-Kopfes 11 Rauchsaugabschnitte 11fs und 11rs zum Absaugen des während des Sinterns des Werkstoffpulvers erzeugten Rauches vorgesehen. Die Rauchsaugabschnitte 11fs und 11rs sind entlang der horizontalen uniaxialen Richtung (Richtung angezeigt durch Pfeil C), die die Bewegungsrichtung (Richtung angezeigt durch Pfeil B) des Recoater-Kopfes 11 orthogonal kreuzt, vorgesehen. Das Werkstoffpulver ist z.B. ein kugelförmiges Metallpulver (z.B. Eisenpulver) mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 20 µm.
-
Die länglichen Glieder 9r und 9l sind mit Öffnungen entlang der Bewegungsrichtung (Richtung angezeigt durch Pfeil B) des Recoater-Kopfes 11 versehen. Eine der Öffnungen wird als Inertgas-Zuführungsöffnung verwendet und die andere Öffnung wird als Inertgas-Ableitungsöffnung verwendet. Folglich ist ein Inertgasstrom in die durch den Pfeil C angezeigte Richtung auf dem Formbereich R erzeugbar. Deshalb ist der in dem Formbereich R erzeugte Rauch problemlos entlang diesem Inertgasstrom ableitbar. Hier, in der vorliegenden Beschreibung, ist „Inertgas“ ein Gas, das mit dem Werkstoffpulver im Wesentlichen nicht reagiert, und Stickstoffgas, Argongas und Heliumgas sind als Beispiele anführbar.
-
Ein Laserstrahlemitter 13 ist oberhalb der Kammer 1 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Laserstrahlemitter 13 eine Laserquelle 42 zum Emittieren des Laserstrahls L, ein Galvanometerscannerpaar 43a und 43b zum zweidimensionalen Scannen des durch die Laserquelle 42 emittierten Laserstrahls L und eine Kollektivlinse 44 zum Konzentrieren des Laserstrahls L. Der Galvanometerscanner (X-Achsen-Scanner) 43a scannt den Laserstrahl L in der durch den Pfeil B angezeigten Richtung (X-Achsen-Richtung) und der Galvanometerscanner (Y-Achsen-Scanner) 43b scannt den Laserstrahl L in der durch den Pfeil C angezeigten Richtung (Y-Achsen-Richtung). Jeder der Scanner 43a und 43b wird hinsichtlich seines Drehwinkels in Abhängigkeit von der Größe des Drehwinkel-Steuersignals gesteuert. Folglich ist die mit dem Laserstrahl L bestrahlte Stelle an eine Sollposition bewegbar, indem die Größe des in die Scanner 43a und 43b eingegebenen Drehwinkel-Steuersignals geändert wird. Die Kollektivlinse 44 ist zum Beispiel eine fθ-Linse.
-
Der Laserstrahl L, der durch die Kollektivlinse 44 gegangen ist, geht dann durch das in der Kammer 1 vorgesehene Fenster 1a. Dann wird die in dem Formbereich R gebildete Werkstoffpulverschicht 8 mit dem Laserstrahl L bestrahlt. Es gibt keine Einschränkungen hinsichtlich des Typs des Laserstrahls L, solange wie er das Werkstoffpulver sintern kann. Es sind zum Beispiel ein CO2-Laser, ein Faserlaser, ein YAG-Laser und dergleichen verwendbar. Das Fenster 1a ist aus einem Werkstoff gebildet, der zum Transmittieren des Laserstrahls L fähig ist. Wenn der Laserstrahl L zum Beispiel ein Faserlaser oder ein YAG-Laser ist, ist das Fenster 1a aus einem Quarzglas konstruierbar.
-
Auf der Oberseite der Kammer 1 ist der Rauchadhäsionsverhinderungsabschnitt 17 vorgesehen, um das Fenster 1a abzudecken. Der Rauchadhäsionsverhinderungsabschnitt 17 ist mit einem zylindrischen Gehäuse 17a und einem in dem Gehäuse 17a angeordneten zylindrischen Zerstreuungsglied 17c versehen. Ein Inertgas-Zuführungsraum 17d ist zwischen dem Gehäuse 17a und dem Zerstreuungsglied 17c vorgesehen. Ferner ist auf der Unterseite des Gehäuses 17a eine Öffnung 17b im inneren Abschnitt des Zerstreuungsgliedes 17c vorgesehen. Das Zerstreuungsglied 17c ist mit einer Mehrzahl von Poren 17e versehen, und das in den Inertgas-Zuführungsraum 17d eingeleitete reine Inertgas wird durch die Poren 17e in einen reinen Raum 17f eingeleitet. Dann wird das in den reinen Raum 17f eingeleitete reine Inertgas durch die Öffnung 17b in Richtung des unterhalb des Rauchadhäsionsverhinderungsabschnittes 17 liegenden Bereiches abgeleitet.
-
Der Recoater-Kopf 11 ist so konfiguriert, dass er durch den in 5 bis 6 gezeigten Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus 51 bewegt werden kann. Der Recoater-Kopf 11 ist mittels der Halterungen 34 und 35 an dem Schieberglied 33 befestigt, wobei das Schieberglied 33 an die Kugelumlaufspindel 32 geschraubt ist. Wenn sich das Schieberglied 33 entsprechend der Drehung der Kugelumlaufspindel 32 bewegt, bewegt sich der Recoater-Kopf 11 zusammen mit dem Schieberglied 33 fort. Die Kugelumlaufspindel 32 ist durch das Lager 37 drehbar gelagert und wird durch den Stellmotor 38 gedreht. Der Stellmotor 38 wird durch den von der Motorantriebsvorrichtung 40 gelieferten elektrischen Strom angetrieben. Die Motorantriebsvorrichtung 40 wird unter der Kontrolle des Bewegungsreglers 41 betrieben und liefert elektrischen Strom an den Stellmotor 38 entsprechend dem Motorsteuersignal aus dem Bewegungsregler 41. Folglich wird der Drehwinkel des Stellmotors 38 durch den Bewegungsregler 41 über die Antriebsvorrichtung 40 gesteuert. Außerdem gibt der Bewegungsregler 41 entsprechend dem Bewegungsbefehl aus der NC-Einrichtung 54 das Motorsteuersignal an die Motorantriebsvorrichtung 40 aus. Der Bewegungsregler 41, das Relais 53 und die NC-Einrichtung 54 bilden die „Steuereinrichtung 56“. Der Aufbau der Steuereinrichtung 56 ist nicht auf den hierin beschriebenen beschränkt, und es ist zum Beispiel möglich, das Relais 53 wegzulassen oder in dem Bewegungsregler 41 zu installieren. Außerdem sind die Funktionen des Bewegungsreglers 41 und der NC-Einrichtung 54 mit einer einzigen Einrichtung realisierbar.
-
Der Drehwinkel des Stellmotors 38 wird durch die Codiereinrichtung 39 detektiert. Der so detektierte Drehwinkel wird an den Bewegungsregler 41 rückgeführt (Stellungsrückkopplung) . Aus dem Drehwinkel des Stellmotors 38 ist die Stellung des Recoater-Kopfes 11 erlangbar. Außerdem wird der von der Motorantriebsvorrichtung 40 an den Stellmotor 38 gelieferte elektrische Strom durch den Detektor für elektrischen Strom 52 detektiert. Der Wert des so detektierten elektrischen Stroms wird an den Bewegungsregler 41 rückgeführt (Rückkopplung des elektrischen Stroms). Der Bewegungsregler 41 gibt das auf dem Wert des rückgeführten elektrischen Stroms basierende Signal des elektrischen Stroms an die NC-Einrichtung 54 aus. In der vorliegenden Erfindung ist ein „Stellmotor“ ein Motor, der unter der Rückkopplung aus der Codiereinrichtung betreibbar ist, und ist nicht auf den drehbaren der vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Somit ist ein Linearmotor verwendbar. In einem solchen Fall wird als Codiereinrichtung eine Linearcodiereinrichtung verwendet.
-
Der Bewegungsregler 41 bestimmt, ob der rückgeführte Drehwinkel des Stellmotors 38 den Solldrehwinkel erreicht hat. Wenn der Drehwinkel kleiner als der Solldrehwinkel ist, wird der an den Stellmotor 38 gelieferte elektrische Strom erhöht. Dementsprechend wird, wenn der Recoater-Kopf 11, während er sich bewegt, mit einem Hindernis zusammenstößt und seine Bewegung gehemmt wird, der an den Stellmotor 38 gelieferte elektrische Strom erhöht.
-
Die NC-Einrichtung überwacht fortlaufend den Wert des durch den Detektor für elektrischen Strom 52 detektierten elektrischen Stroms. Wenn der Wert einen mittels der Einstelleinrichtung 55 eingestellten vorgegebenen Wert des elektrischen Stroms überschreitet, wird unverzüglich ein Steuerungsabschaltbefehl an den Bewegungsregler 41 gesendet. Der Bewegungsregler 41 gibt entsprechend diesem Befehl ein Steuerungsabschaltsignal an das Relais 53 aus, wodurch das an die Motorantriebsvorrichtung 40 gesendete Motorsteuersignal unverzüglich durch Öffnen des Relais 53 abgeschaltet wird.
-
Wenn das Motorsteuersignal abgeschaltet ist, wird die Lieferung von elektrischem Strom von der Motorantriebsvorrichtung 40 an den Stellmotor 38 unverzüglich beendet und der Stellmotor 38 in einen Zustand der Nichtsteuerung versetzt. Somit würde die Kugelumlaufspindel 32 in einen frei drehbaren Zustand versetzt werden. Dann lässt das Hindernis den Recoater-Kopf 11 elastisch springen und dieser befindet sich im „Leerlauf“ in einer entgegengesetzten Richtung, wobei er Geschwindigkeit hauptsächlich durch den Reibungswiderstand seitens der Führung und des Übertragungsmechanismus und durch die Trägheit des Motors verliert und dadurch in einem Zustand der Stoßrelaxation angehalten wird. Selbst in einem solchen Zustand des „Leerlaufs“ wird der Drehwinkel des Stellmotors 38 fortlaufend rückgeführt und somit die Stellung des Recoater-Kopfes 11 erfasst. Hier wird der Recoater-Kopf 11 weder so gesteuert, dass er in eine bestimmte Stellung bewegt wird, noch so, dass er mit einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird. Dementsprechend befindet sich der Recoater-Kopf 11 in einem Zustand der Nichtsteuerung. Hier ist das Verfahren zum Versetzen des Stellmotors 38 in den Zustand der Nichtsteuerung nicht auf das in 6 gezeigte beschränkt, und es ist zum Beispiel möglich, ein Relais zwischen dem Stellmotor 38 und der Motorantriebsvorrichtung 40 vorzusehen, wobei das Relais geöffnet wird, um den Stellmotor 38 in den Zustand der Nichtsteuerung zu versetzen, oder es ist möglich, die Ausgabe des Motorsteuersignals aus dem Bewegungsregler 41 zu beenden, um den Stellmotor 38 in den Zustand der Nichtsteuerung zu versetzen. In letzterem Falle ist kein externes Relais erforderlich.
-
Beim Versetzen des Stellmotors 38 in den Zustand der Nichtsteuerung, wenn der Recoater-Kopf 11 mit einem Hindernis zusammenstößt, besteht, anders als beim Betätigen einer Bremse zum Zwecke des Abbremsens des Stellmotors 38 oder beim Steuern des Stellmotors 38 zum Zwecke des Drehens des Stellmotors 38 in eine entgegengesetzte Richtung, der Vorteil darin, dass der für das Eliminieren des auf den Stellmotor 38 wirkenden Drehmomentes erforderliche Zeitraum verkürzbar ist. Durch Verkürzen dieses Zeitraumes ist es verhinderbar, dass der Recoater-Kopf 11 beschädigt wird, wenn der Recoater-Kopf 11 mit einem Hindernis zusammenstößt. Die von den Erfindern durchgeführten Versuche ergaben, dass im Vergleich zu den Fällen, in denen eine Bremse zum Zwecke des Abbremsens des Stellmotors 38 betätigt wurde bzw. der Stellmotor 38 zum Zwecke des Drehens in eine entgegengesetzte Richtung gesteuert wurde, der Recoater-Kopf 11 innerhalb eines kürzeren Zeitraumes damit begann, sich in eine entgegengesetzte Richtung zu bewegen, wenn der Stellmotor 38 in den Zustand der Nichtsteuerung versetzt wurde. Außerdem wurden die Rakelklingen 11fb und 11rb nicht beschädigt. Aus dem oben Dargelegten wurde deutlich, dass der Schaden an dem Recoater-Kopf 11 auf ein Minimum reduzierbar ist, wenn, wie in der vorliegenden Ausführungsform, der Stellmotor 38 in den Zustand der Nichtsteuerung versetzt wird, wenn der Recoater-Kopf 11 mit einem Hindernis zusammenstößt.
-
Der Stellmotor 38 wird wieder aus dem Zustand der Nichtsteuerung in den Zustand der Steuerung versetzt, wenn die vorgeschriebenen Kriterien für die Wiederaufnahme erfüllt sind. Als die Kriterien für die Wiederaufnahme wären die Ankunft des sich im Leerlauf befindlichen Recoater-Kopfes 11 an dem Begrenzungsglied 36 und der Ablauf der vorgeschriebenen Zeit ab der Detektion des Zusammenstoßes zu nennen. Hier ist es besser, den Ablauf der Zeit als Kriterium zu verwenden, da der Recoater-Kopf 11 nicht immer an dem Begrenzungsglied 36 ankommt. Als spezifisches Verfahren für das Rückversetzen des Stellmotors 38 in den Zustand der Steuerung wären das Einstellen des Relais 53 derart, dass es sich nach Ablauf der vorgeschriebenen Zeit selbsttätig schließt, oder das Ausgeben eines Steuersignals zum Zwecke des Schließens des Relais 53 aus dem Bewegungsregler 41 nach Ablauf der vorgeschriebenen Zeit zu nennen. Außerdem startet bei einem Aufbau ohne Relais die NC-Einrichtung 54 die Ausgabe des Bewegungsbefehls an den Bewegungsregler 41, und dann startet der Bewegungsregler 41 die Ausgabe des Motorsteuersignals entsprechend dem Befehl, wodurch der Stellmotor 38 in den Zustand der Steuerung rückversetzt wird.
-
In der Kammer 1 ist ein (nicht gezeigter) Spindelkopf vorgesehen, der so konfiguriert ist, dass er mit einem rotierenden Schneidwerkzeug (z.B. ein Schaftfräser) ausgerüstet ist und ein solches Werkzeug dreht. Hier ist der Spindelkopf so angeordnet, dass er zu einer Bewegung in eine dreidimensionale Richtung fähig ist. Die NC-Einrichtung 54 kann den Prozess des Entfernens des Hindernisses unter Verwendung des auf den Spindelkopf montierten rotierenden Schneidwerkzeuges vor dem Neustart des Prozesses des Bildens der Werkstoffpulverschicht ausführen. Durch Ausführen eines solchen Prozesses ist es verhinderbar, dass der Recoater-Kopf 11 erneut mit dem Hindernis zusammenstößt. Da das Hindernis in der Regel ein in der gesinterten Schicht ausgebildeter Höcker ist, ist der Höcker mittels des rotierenden Schneidwerkzeuges entfernbar. Hier ist die gesamte Oberfläche der gesinterten Schicht einer Schneidoperation unterziehbar, anstatt nur den Höcker zu entfernen. In einem solchen Fall besteht ein Vorteil darin, dass das Hindernis ohne Spezifizieren der Position des Höckers entfernbar ist. Außerdem ist ein erneuter Zusammenstoß mit dem Hindernis verhinderbar, indem der Formtisch 5 abgesenkt wird, anstatt die Schneidoperation auszuführen. Der Zeitpunkt für das Rückversetzen des Stellmotors 38 aus dem Zustand der Nichtsteuerung in den Zustand der Steuerung kann vor oder nach dem Prozess des Entfernens des Hindernisses liegen.
-
Die NC-Einrichtung 54 startet den Prozess des Bildens der Werkstoffpulverschicht nach Entfernen des Hindernisses neu und führt dann das Laminierformen sukzessive aus. Im Besonderen nimmt die NC-Einrichtung 54 einen Neustart der Ausgabe des Bewegungsbefehls ab dem Zeitpunkt vor, zu dem es zu einer durch den Zusammenstoß des Recoater-Kopfes 11 mit einem Hindernis verursachten Unterbrechung des Prozesses des Bildens der Werkstoffpulverschicht kam. In der Regel kann die NC-Einrichtung 54 das Programm nicht ab der Mitte eines Prozesses ausführen. Deshalb muss, wenn die NC-Einrichtung 54 aufgrund eines Fehlers angehalten wird, da der Zusammenstoß mit dem Hindernis detektiert wird, das Laminierformen von Beginn an ausgeführt werden oder ein Programm, das ab dem Zeitpunkt, zu dem der Prozess beendet wurde, startet, erstellt und ausgeführt werden. Beides ist mühsam. Dagegen braucht gemäß der vorliegenden Ausführungsform die NC-Einrichtung 54 nicht angehalten werden, und somit besteht hier ein Vorteil darin, dass der Prozess fortsetzbar ist.
-
Als Nächstes werden das Inertgas-Zuführungssystem zum Einleiten des Inertgases in die Kammer 1 und das Rauchableitungssystem zum Ableiten des Rauches aus der Kammer 1 erläutert.
-
Das Inertgas-Zuführungssystem zum Einleiten des Inertgases in die Kammer 1 ist mit einer Inertgas-Zuführungsvorrichtung 15 und einem Rauchsammler 19 verbunden. Die Inertgas-Zuführungsvorrichtung 15 dient zur Zuführung des Inertgases und ist z.B. ein Inertgas-Gaszylinder. Der Rauchsammler 19 umfasst Rohrleitungskästen 21 und 23, die an seiner Aufwärtsseite bzw. seiner Abwärtsseite vorgesehen sind. Das aus der Kammer 1 abgeleitete Gas (Rauch enthaltendes Inertgas) wird durch den Rohrleitungskasten 21 zu dem Rauchsammler 19 befördert. Dann wird in dem Rauchsammler 19 Rauch abgetrennt und das gereinigte Inertgas durch den Rauchrohrleitungskasten 23 zu der Kammer 1 befördert. Gemäß einem solchen Aufbau ist das Inertgas recycelbar.
-
Wie in 1 gezeigt, ist das Inertgas-Zuführungssystem mit der oberen Zuführungsöffnung 1b der Kammer 1, dem Inertgas-Zuführungsraum 17d des Rauchadhäsionsverhinderungsabschnittes 17 und dem länglichen Glied 91 verbunden. Das Inertgas wird durch die obere Zuführungsöffnung 1b in den Formraum 1d der Kammer 1 eingeleitet. Das in das längliche Glied 91 eingeleitete Inertgas wird durch die Öffnung auf den Formbereich R abgeleitet.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Inertgas aus dem Rauchsammler 19 zu der oberen Zuführungsöffnung 1b befördert und das Inertgas aus der Inertgas-Zuführungsvorrichtung 15 zu dem Inertgas-Zuführungsraum 17d und zu dem länglichen Glied 91 geleitet. Obwohl die Möglichkeit besteht, dass das Inertgas aus dem Rauchsammler 19 Restrauch enthält, lässt es der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform nicht zu, dass das Inertgas aus dem Rauchsammler 19 in den Raum eingeleitet wird, der eine besonders hohe Reinheit erfordert (reiner Raum 17f und der Raum an der Peripherie des Formbereiches R). Folglich ist die Wirkung des Restrauches minimierbar.
-
Wie in 1 gezeigt, ist das Rauchableitungssystem zum Ableiten des Rauches aus der Kammer 1 mit der oberen Ableitungsöffnung 1c der Kammer 1, den Rauchsaugabschnitten 11fs und 11rs des Recoater-Kopfes 11 und dem länglichen Glied 9r verbunden. Da das den Rauch in dem Formraum 1d der vorderen Kammer 1f enthaltende Inertgas durch die obere Ableitungsöffnung 1c abgeleitet wird, wird ein Inertgasstrom, der sich von der oberen Zuführungsöffnung 1b in Richtung der oberen Ableitungsöffnung 1c bewegt, in dem Formraum 1d gebildet. Die Rauchsaugabschnitte 11fs und 11rs des Recoater-Kopfes 11 können den in dem Formbereich R erzeugten Rauch absaugen, wenn der Recoater-Kopf 11 den Formbereich R passiert. Hier wird das den Rauch enthaltende Inertgas durch die Öffnung des länglichen Gliedes 9r aus der Kammer 1 abgeleitet. Das Rauchableitungssystem ist durch den Rohrleitungskasten 21 mit dem Rauchsammler 19 verbunden, und das Inertgas wird recycelt, nachdem der Rauchsammler 19 den Rauch entfernt hat.
-
Als Nächstes wird das Laminierformverfahren, das die oben erwähnte Laminierformvorrichtung verwendet, erläutert.
-
Hier wird ein Fall, in dem das geformte Produkt 47, das das in 7A gezeigte dreidimensionale Profil hat, durch Laminierformen gebildet wird, als Beispiel für die Erläuterung herangezogen.
-
Zuerst wird, wie in 7B bis 7C gezeigt, ein geformtes Produkt 47, das das gewünschte dreidimensionale Profil hat, unter Verwendung eines Computers geformt, wodurch ein Modell 48 des geformten Produktes erhalten wird. Dann wird das Modell 48 des geformten Produktes durch eine horizontale Ebene mit einer vorgegebenen Einheitshöhe in Scheiben geschnitten, wodurch geschnittene Schichten 49a, 49b, ......... 49f gebildet werden. Anschließend wird, wie in 7 bis 10 gezeigt, die Werkstoffpulverschicht 8 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, um das Werkstoffpulver selektiv zu sintern, wodurch die gesinterten Schichten 50a, 50b, ......... 50f gebildet werden, die das Profil entsprechend den geschnittenen Schichten 49a, 49b, ......... bzw. 49f haben. Die gesinterten Schichten werden auch miteinander verschmolzen, wodurch das geformte Produkt 47 gebildet wird. Der von dem Umrissprofil jeder der geschnittenen Schichten 49a, 49b, ......... 49f umgebene Bereich ist der mit dem Laserstrahl L zu bestrahlende Bereich 45a, 45b, ......... 45f (im Folgenden als Bestrahlungsbereich bezeichnet). Die geschnittenen Schichten, die gesinterten Schichten und der Bestrahlungsbereich werden auch als geschnittene Schichten 49, gesinterte Schichten 50 bzw. Bestrahlungsbereich 45 bezeichnet.
-
Wie beschrieben, kann das geformte Produkt 47 durch wiederholtes selektives Sintern des Werkstoffpulvers der Werkstoffpulverschicht 8 in dem Bestrahlungsbereich 45 gebildet werden. Das wird durch Bestrahlen des Bestrahlungsbereiches 45 mit dem Laserstrahl L erreicht. Hier ist der Bestrahlungsbereich 45 von dem Umrissprofil jeder der geschnittenen Schichten 49 des Modells 48 des geformten Produktes umgeben.
-
Als Nächstes wird das Verfahren zur Bildung der gesinterten Schichten 50 ausführlich erläutert.
-
Zuerst wird die Höhe des Formtisches 5 auf eine geeignete Position eingestellt, während die Formplatte 7 auf dem Formtisch 5 montiert ist. In einem solchen Zustand wird der Recoater-Kopf 11 mit dem Werkstoffaufnahmeabschnitt 11a, der mit dem Werkstoffpulver gefüllt ist, in die durch den Pfeil B in 1 angezeigte Richtung von der linken Seite zur rechten Seite des Formbereiches R bewegt. Dementsprechend wird auf dem Formtisch 5 die erste Schicht der Werkstoffpulverschicht 8 gebildet.
-
Anschließend wird ein vorgeschriebener Abschnitt der Werkstoffpulverschicht 8 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, wodurch der mit dem Laserstrahl L bestrahlte Abschnitt der Werkstoffpulverschicht 8 gesintert wird. Dementsprechend erhält man die erste gesinterte Schicht 50a (siehe 9).
-
Als Nächstes wird die Höhe des Formtisches 5 durch die Dicke einer Schicht der Werkstoffpulverschicht 8 abgesenkt und anschließend der Recoater-Kopf 11 von der rechten Seite zur linken Seite des Formbereiches R bewegt. Dementsprechend wird die zweite Werkstoffpulverschicht 8 so gebildet, dass sie die gesinterte Schicht 50a abdeckt.
-
Anschließend wird auf die bereits beschriebene Weise der vorgeschriebene Abschnitt der Werkstoffpulverschicht 8 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, wodurch der mit dem Laserstrahl bestrahlte Abschnitt der Werkstoffpulverschicht 8 gesintert wird. Dementsprechend erhält man die zweite gesinterte Schicht 50b (siehe 10).
-
Durch Wiederholen der oben erwähnten Arbeitsabläufe werden die dritte gesinterte Schicht 50c, die vierte gesinterte Schicht 50d und die darauf folgenden gesinterten Schichten gebildet. Die benachbarten gesinterten Schichten werden fest aneinander angebracht.
-
In Abhängigkeit von den Bestrahlungsbedingungen des Laserstrahls L würde in der gesinterten Schicht ein Höcker gebildet werden, und dann kann es sein, dass die Rakelklingen 11fb, 11rb des Recoater-Kopfes 11 mit dem Höcker in der gesinterten Schicht zusammenstoßen. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn ein solcher Zusammenstoß detektiert wird, der Stellmotor 38 unverzüglich in den Zustand der Nichtsteuerung versetzt. Somit bewegt sich der Recoater-Kopf 11 durch die bei dem Zusammenstoß des Recoater-Kopfes 11 mit dem Höcker ausgeübte Aufprallkraft in eine entgegengesetzte Richtung. Nach Ablauf des vorgeschriebenen Zeitraumes wird der Stellmotor 38 in einen Zustand der Steuerung rückversetzt und der Recoater-Kopf 11 in die Position für den Beginn des Prozesses des Bildens der Pulverschicht bewegt. Anschließend wird das auf den Spindelkopf montierte rotierende Schneidwerkzeug dazu verwendet, die gesamte Oberfläche der gesinterten Schicht einer Schneidoperation zu unterziehen, wodurch der Höcker entfernt wird. Dann startet die NC-Einrichtung 54 die Ausgabe des Bewegungsbefehls neu, um den Prozess ab dem Beginn des Prozesses des Bildens der Werkstoffpulverschicht, bei dem der Prozess durch den Zusammenstoß des Recoater-Kopfes 11 mit dem Höcker unterbrochen wurde, neu zu starten. Dementsprechend wird das Laminierformen fortgesetzt. Wie beschrieben, würde in der vorliegenden Ausführungsform selbst bei einem Zusammenstoß des Recoater-Kopfes 11 mit dem Höcker in der gesinterten Schicht kein Fehler auftreten, was ein sukzessives Laminierformen erlaubt. Außerdem ist durch das Versetzen des Stellmotors 38 in den Zustand der Nichtsteuerung das Drehmoment des Stellmotors 38 unverzüglich eliminierbar und somit verhinderbar, dass die Rakelklingen 11fb, 11rb beschädigt werden. Deshalb ist es verhinderbar, dass aufgrund des Schadens an den Rakelklingen 11fb, 11rb eine Unebenheit in der Werkstoffpulverschicht 8 erzeugt wird. Außerdem kann die Bürde des Austauschens der Rakelklingen 11fb, 11rb entfallen.
-
Nach Vollendung des Laminierformens wird das nichtgesinterte Werkstoffpulver über den Pulverableitungsabschnitt 27 abgeleitet, so dass sich das geformte Produkt ergibt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1:
- Kammer
- 3:
- Pulverschichtbildungsvorrichtung
- 5:
- Formtisch
- 8:
- Werkstoffpulverschicht
- 11:
- Recoater-Kopf
- 13:
- Laserstrahlemitter
- 17:
- Rauchadhäsionsverhinderungsabschnitt
- 26:
- Pulverstauwand
- 27:
- Pulverableitungsabschnitt
- 28:
- Schüttenführung
- 31:
- Antriebsmechanismus
- 32:
- Kugelumlaufspindel
- 33:
- Schieberglied
- 34,35:
- Halterung
- 36:
- Begrenzungsglied
- 37:
- Lager
- 38:
- Stellmotor (Servomotor)
- 39:
- Codiereinrichtung
- 40:
- Motorantriebsvorrichtung
- 41:
- Bewegungsregler
- 42:
- Laserquelle
- 43a,
- 43b: Galvanometerscanner
- 44:
- Kollektivlinse
- 45:
- Bestrahlungsbereich
- 47:
- geformtes Produkt
- 48:
- Modell des geformten Produktes
- 49:
- geschnittene Schicht
- 50:
- gesinterte Schicht
- 51:
- Recoater-Kopf-Antriebsmechanismus
- 52:
- Detektor für elektrischen Strom
- 53:
- Relais
- 54:
- NC-Einrichtung
- 55:
- Einstelleinrichtung
- 56:
- Steuereinrichtung
- L:
- Laserstrahl
- R:
- Formbereich
-
Es sind zwar verschiedene Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden, doch ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Deshalb soll der Schutzbereich der Erfindung ausschließlich durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche beschränkt sein.
