DE102017126104A1

DE102017126104A1 - Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017126104A1
Application number: DE102017126104.4A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki MIYASHITA; Shuji Okazaki; Ichiro Araie
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-05-24
Also published as: TWI622442B; CN108080634B; CN108080634A; TW201819071A; US20180141125A1; US20190151947A1; JP6177412B1; JP2018083966A; US11389876B2

Abstract

Eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung (1) eine Laserstrahlungseinheit (5), die konfiguriert ist, um einen Laser auf eine vorbestimmte Einstrahlungsregion der Pulverschicht (20, 20B) zu strahlen und eine Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) zu bilden; eine Berechnungseinrichtung, die konfiguriert ist, um tatsächliche Laserstrahlungspositionen (C1) von Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) zu berechnen und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungspositionen zu berechnen in jedem der gesinterten Bereiche (20A) und eine Korrektureinrichtung, die konfiguriert ist, um die tatsächliche Laserstrahlungsposition (C1) jedem der gesinterten Bereiche (20A) zu einer Ziellaserstrahlungsposition (C0) zu korrigieren. Die Laserstrahlungseinheit (5) bildet gesinterte Bereiche (20A), um die Bestrahlungsregion zu umgeben, durch Durchführen der Laserstrahlung auf eine Vielzahl von Stellen, einschließlich äußerster Positionen in der Bestrahlungsregion und wenn der Neubeschichtungskopf (7C) nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) durch die Abbildungseinheit (10) in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, wird wenigstens eine Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) von der Bestrahlungsregion entfernt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung zum Herstellen eines geschichteten und geformten Gegenstandes aus Metall.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Vorrichtung zum Herstellen eines geschichteten und geformten Gegenstandes, der aus Metall gebildet ist, wurde eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist, bereitgestellt. In der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung wird ein Recoater-Kopf bzw. Neubeschichtungskopf unmittelbar oberhalb eines Formungstisches in einem Formungsbad in einer horizontalen uniaxialen Richtung bewegt, ein Metallpulvermaterial wird von einer Materialvorratsbox und einer Klinge, die auf dem Neubeschichtungskopf installiert ist, zugeführt, wird eine Pulverschicht durch Verstreichen bzw. Einebnen gebildet und ein Laser wird durch eine Laserstrahlungseinheit zu einer Bestrahlungsregion einer Pulverschicht gestrahlt, um eine gesinterte Schicht zu bilden. Dann wird ein metallischer geschichteter und geformter Gegenstand hergestellt, indem wiederholt eine neue Pulverschicht auf der gesinterten Schicht gebildet wird, Laserstrahlung durchgeführt wird und eine gesinterte Schicht gebildet wird. Weiterhin, um die Verarbeitungsgenauigkeit zu verbessern, wird eine Schneidbearbeitung auf einer Oberfläche der gesinterten Schicht oder unnötigen Abschnitten durchgeführt, während des Formens unter Verwendung einer Fräse bzw. eines Drehschneidwerkzeugs, das an einer Schneidvorrichtung installiert ist, die in horizontalen und vertikalen Richtungen bewegbar ist.
In der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung zum Ausführen einer solchen Schichtbildung und Formung sind mehrere Wärmequellen vorhanden. Aus diesem Grund kann eine thermische Verschiebung in einem Element auftreten, das die Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung festsetzt bzw. dieser zu Grunde liegt, aufgrund von Wärme, die von den Wärmequellen übertragen wird.
Insbesondere führt die Laserstrahlungseinheit eine Laserstrahlung in Richtung einer Pulverschicht aus, von einem Ort, der entfernt von der Pulverschicht liegt. Dementsprechend kann leicht ein Einfluss aufgrund einer thermischen Verschiebung, die in der Laserstrahlungseinheit auftritt, an einer Laserstrahlungsposition verursacht werden, und eine Positionsabweichung kann groß sein, selbst wenn die thermische Verschiebung gering ist. Wenn das Schichtbilden und Formen in einem Zustand durchgeführt wird, in dem eine solche Positionsabweichung auftritt, wird die Verarbeitungsgenauigkeit des fertiggestellten geschichteten und geformten Gegenstands erheblich verringert. Demgemäß ist es vor dem Formen eines neuen geschichteten und geformten Artikels wünschenswert, eine Abweichung zu korrigieren, die an der Laserstrahlungsposition während des vorhergehenden Schichtbildens und Formens aufgetreten ist.
Hier wird in der in Patentdokument 2 offenbarten Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung eine Laserstrahlung an einer Vielzahl von Orten auf einem Bestrahlungsziel durchgeführt, die zuvor als eine Funktion von Positionskoordinaten bestimmt werden, und es wird ein Testmuster erzeugt. Dann werden Teile eines Bestrahlungsziels mit einer Kamera abgebildet, um digitalisierte Teilbilder des Testmusters zu erzeugen, und diese werden zusammengesetzt, um das gesamte Bild zu erhalten. Dann wird die Abweichung der Laserstrahlungsposition korrigiert, indem eine Position verglichen wird, die vorher als eine Funktion der Positionskoordinaten bestimmt wurde, und einer Position, die tatsächlich mit dem Laser bestrahlt wird, der auf das gesamte Bild projiziert wird, und durch Berechnen von Differential- bzw. Abweichungsdaten.
[Stand der Technik Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nummer 5888826
[Patentdokument 2] Japanisches Patent Nummer 2979431

Zusammenfassung der Erfindung
Hier ist als ein Bestrahlungsziel, das verwendet wird, um ein Testmuster zu erzeugen, ein wärmeempfindlicher Film bekannt, wie etwa ein wärmeempfindliches Papier oder dergleichen, der an einer flachen Metallplatte oder Glasplatte angebracht ist, aber eine thermische Verformung eines solchen wärmeempfindlichen Films kann aufgrund der Erwärmung während er Laserbestrahlung überall auf bzw. in dem Film auftreten. Zudem, da eine Vielzahl von Bestrahlungsmarkierungen auf einem wärmeempfindlichen Film gebildet wird, sind Stellen, an denen die Vielzahl von Bestrahlungsmarkierungen mit einem Laserstahl während des Bildens bestrahlt wird, physisch miteinander verbunden. Aus diesem Grund werden thermische Verformungen, die in dem wärmeempfindlichen Film auftreten, wenn ein Laser auf eine bestimmte Stelle und die Bestrahlungsmarkierungen gebildet und können Positionen in dem Bestrahlungsmarkierungen verändern, die an Stellen gebildet werden, die entfernt von dieser Stelle liegen. Das heißt, Positionen aller Bestrahlungsmarkierungen, die zuvor gebildet wurden, können sich ändern wann immer Laserbestrahlung durchgeführt wird. Demgemäß kann eine Abweichung zwischen der Laserstrahlungsposition sofort nach der Laserbestrahlung und der Laserstrahlungsposition, wenn durch ein vorbestimmtes Berechnungsgerät berechnet, nach der Bildung aller Bestrahlungsmarkierungen auftreten. Demgemäß, in der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung, die in Patentdokument 2 offenbart ist, da eine Korrektur durch Berechnen einer Differenz zwischen einer Position, die sich von einer tatsächlichen Laserstrahlungsposition unterscheidet, und der Laserbestrahlungsposition, die als ein Ziel dient, wenn die Laserbestrahlungsposition korrigiert wird, durchgeführt wird, ist die Korrekturgenauigkeit davon gering.
Insbesondere in der Korrektur der Laserbestrahlungsposition bzw. Laserstrahlungsposition, die vor der Schichtbildung und Formung durchgeführt wird, da viele Bestrahlungsmarkierungen auf dem wärmeempfindlichen Film gebildet werden, um die Laserbestrahlungsposition zu korrigieren, ist ein Einfluss darauf signifikanter.
Angesichts der oben beschriebenen Umstände ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist eine Abweichung einer Laserbestrahlungsposition, die während dem vorhergehenden Schichtbildens und Formen auftritt, vor dem Formen eines neuen geschichteten und geformten Gegenstandes genauer zu korrigieren.
Eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Formungsbad, das mit einem Schutzgas gefüllt ist, das eine vorbestimmte Konzentration aufweist; einen Formungsbereich, die in eine nach oben/unten gerichtete Richtung beweglich in dem Formungsbad ist, einen Neubeschichtungskopf, der sich in einer horizontalen uniaxialen Richtung hin und her bewegt und konfiguriert ist, um ein Metallpulvermaterial auf dem Formungsbereich einzuebnen während das Metallpulvermaterial zugeführt wird, um eine Pulverschicht zu bilden; eine Laserstrahleinheit, die konfiguriert ist, um einen Laser auf eine vorbestimmte Einstrahlungsregion der Pulverschicht zu strahlen und eine Vielzahl von gesinterten Bereichen zu bilden; und eine Abbildungseinheit, die konfiguriert ist, um die Vielzahl von gesinterten Bereichen abzubilden, die jeweils an bzw. auf der Pulverschicht gebildet sind; eine Berechnungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um tatsächliche Laserstrahlungspositionen von Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen zu berechnen, die jeweils durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden, und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungspositionen zu berechnen durch Vergleichen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition mit einer Ziellaserstrahlungsposition, in dem Fall, dass eine Abweichung der Laserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche Null ist; und eine Korrekturvorrichtung, die konfiguriert ist, um die tatsächliche Laserstrahlungsposition jedem der gesinterten Bereiche zu einer Ziellaserstrahlungsposition zu korrigieren, basierend auf der Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet wurde, wobei die Laserstrahlungseinheit eine Vielzahl von gesinterten Bereichen bildet, um die Bestrahlungsregion zu umgeben, durch Durchführen der Laserstrahlung auf eine Vielzahl von Stellen, einschließlich äußerster Positionen in der Bestrahlungsregion, und wenn der Neubeschichtungskopf nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen durch die Abbildungseinheit in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, wird wenigstens eine Vielzahl von gesinterten Bereichen von der Bestrahlungsregion entfernt.
In der vorliegenden Erfindung werden die Laserstrahleinheit, die konfiguriert ist, um einen Laser auf eine vorbestimmte Bestrahlungsregion der Pulverschicht zu strahlen und eine Vielzahl von gesinterten Bereichen zu bilden, die Abbildungseinheit, die konfiguriert ist, um die Vielzahl von gesinterten Bereichen abzubilden, die jeweils auf der Pulverschicht gebildet sind, die Berechnungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die tatsächlichen Laserstrahlungspositionen von den Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen zu berechnen, die jeweils durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden, und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungspositionen zu berechnen durch Vergleichen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition mit einer Ziellaserstrahlungsposition, in dem Fall, dass eine Abweichung der Laserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche Null ist, und die Korrekturvorrichtung, die konfiguriert ist, um die tatsächliche Laserstrahlungsposition jedem der gesinterten Bereiche zu der Ziellaserstrahlungsposition zu korrigieren, basierend auf der Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet wurde, bereitgestellt. Entsprechend wird die Vielzahl von gesinterten Bereichen durch Strahlen eines Lasers auf das Pulvermaterial gebildet, ohne ein Bestrahlungsziel zu verwenden, und die Korrektur wird durchgeführt durch Berechnen einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition und der Ziellaserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche, die durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden. Da eine thermische Verformung, die auftritt, wenn das Pulvermaterial mit dem Laser bestrahlt wird, sich radial ausbreitet, wobei die Laserstrahlungsposition als ein Mittelpunkt dient, wird die Mittelpunktposition des gesinterten Bereichs, die als die tatsächlichen Laserstrahlungsposition dient, nicht durch thermische Verformung geändert. Zusätzlich, da das Strahlungsziel des Lasers die Pulvermaterialschicht ist, sind die Pulvermaterialien, die die gesinterten Bereiche bilden, getrennt ohne physisch miteinander verbunden zu sein. Aus diesem Grund übt Wärme, die erzeugt wird, wenn die gesinterten Bereiche durch Strahlen des Lasers auf das Pulvermaterial an einer bestimmten Stelle gebildet werden, keinen Einfluss auf die Positionen der anderen gesinterten Bereiche aus, die an Stellen gebildet werden, die von dieser Stelle entfernt liegen. Das heißt, wie bei der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung, die in Patentdokument 2 offenbart ist, ändern sich die Positionen aller zuvor gebildeten Einstrahlungsmarkierungen nicht bei jeder Laserstrahlung. Entsprechend, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die tatsächliche Laserbestrahlungsposition nicht durch Wärme verändert, die erzeugt wird, wenn die gesinterten Bereiche gebildet werden, und auch nicht durch Wärme verändert, die erzeugt wird, wenn die gesinterten Bereiche danach gebildet werden. Entsprechend kann eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Laserbestrahlungsposition und der Laserbestrahlungsposition, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet wurde, nachdem alle der Bestrahlungsmarkierungen gebildet wurden, verhindert werden. Entsprechend, im Vergleich zu dem Fall, in dem das Bestrahlungsziel wie in Patentdokument 2 verwendet wird, kann eine Korrektur der Laserstrahlungsposition genauer durchgeführt werden.
Zusätzlich, wie oben beschreiben wurde, wird das Bestrahlungsziel erzeugt, wenn ein Arbeiter den wärmeempfindlichen Film auf einer flachen Metallplatte oder einer Glasplatte anbringt, wann immer der geschichtete und geformte Gegenstand geformt wird. Weiterhin muss ein Arbeiter die Arbeiten des Öffnens des Formungsbads, Reinigung, Anbringen und entfernen des Formungstisches, auf dem das Bestrahlungsziel angebracht ist, und so weiter ausführen, bevor nach der Korrektur der Abweichung der Laserstrahlungsposition. Entsprechend, wenn das Bestrahlungsziel verwendet wird, wird die Arbeitsbelastung eines Arbeiters erhöht. Zusätzlich sind die flache Metallplatte oder die Glasplatte und der wärmeempfindliche Film, die das Bestrahlungsziel bereitstellen, Wegwerfware bzw. Verbrauchsartikel. Entsprechend, da ein neues Bestrahlungsziel verbraucht wird, immer wenn ein geschichteter und geformter Gegenstand geformt wird, sind die Herstellungskosten erhöht.
In der vorliegenden Erfindung, da die Abweichung der Laserstrahlungsposition korrigiert werden kann, ohne Verwendung des Bestrahlungsziels, wird die Arbeitsbelastung eines Arbeiters reduziert. Zusätzlich können Herstellungskosten reduziert werden.
Zusätzlich, in der vorliegenden Erfindung, bildet die Laserstrahlungseinheit die Vielzahl von gesinterten Bereichen, um die Bestrahlungsregion zu umgeben, durch Durchführen der Laserstrahlung in Richtung einer Vielzahl von Stellen, die die äußersten Positionen der Bestrahlungsregion einschließen. Entsprechend kann die Abweichung der Laserstrahlungsposition über die gesamte Bestrahlungsregion korrigiert werden.
Zusätzlich, in der vorliegenden Erfindung, wenn der Neubeschichtungskopf nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen durch die Abbildungseinheit in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, wird wenigstens die Vielzahl von gesinterten Bereichen von der Bestrahlungsregion entfernt. Entsprechend kann verhindert werden, dass der gesinterte Körper, der in einer höheren Anzahl gesintert wird, in die gesinterte Schicht eingeschlossen wird und der erhaltene geschichtete und geformte Gegenstand kann homogenisiert bzw. vereinheitlicht werden.
Gemäß der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abbildungseinheit des ersten Aspekts an dem Neubeschichtungskopf installiert.
In der vorliegenden Erfindung ist die Abbildungseinheit an dem Neubeschichtungskopf installiert. Entsprechend, wenn der Neubeschichtungskopf auf der Pulverschicht in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, kann die Vielzahl von gesinterten Bereichen, die auf der Pulverschicht gebildet sind, jeweils abgebildet werden ohne die Anzahl an Komponenten der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung zu erhöhen.
Gemäß der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in dem ersten Aspekt weiterhin ein Hauptschaft bereitgestellt, der über den Formungsbereich in dem Formungsbad bewegbar ist und die Abbildungseinheit ist an dem Hauptschaft installiert.
In der vorliegenden Erfindung ist weiterhin der Hauptschaft bereitgestellt, der über dem Formungsbereich in dem Formungsbad bewegbar ist und die Abbildungseinheit ist an dem Hauptschaft installiert. Entsprechend, wenn der Hauptschaft sich frei auf der Pulverschicht bewegt, kann die Vielzahl von gesinterten Abschnitten, die auf der Pulverschicht gebildet ist, effektiv innerhalb einer kürzeren Zeit abgebildet werden.
Gemäß der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist in dem ersten Aspekt die Vielzahl von gesinterten Bereichen, die auf der Pulverschicht durch die Laserstrahlungseinheit gebildet werden, eine maximale Breite von 0,1 mm bis 5,0 mm auf.
Hier wird Rauschen mit einer maximalen Breite von etwa 50 µm in die Daten eingeschlossen, die durch die Abbildungseinheit abgebildet werden. Entsprechend, wenn eine Größe der gesinterten Bereiche klein ist, ist es schwierig zwischen den tatsächlichen gesinterten Bereichen und dem Rauschen zu unterscheiden, das in den durch die Abbildungseinheit abgebildeten Daten eingeschlossen wird.
In der vorliegenden Erfindung weist die Vielzahl von gesinterten Bereichen, die auf der Pulverschicht durch die Laserstrahlungseinheit gebildet werden, eine maximale Breite von 0,1 mm bis 5,0 mm auf. Entsprechend kann eine Verwechslung zwischen dem tatsächlich gesinterten Bereich und dem Rauschen, das in den durch die Abbildungseinheit abgebildeten Daten eingeschlossen wird, verhindert werden.
Gemäß der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem ersten Aspekt ein geschichteter und geformter Gegenstand, der erhalten wird durch die Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung, geformt durch wiederholtes Bilden einer Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Formungsbereich unter Verwendung des Neubeschichtungskopfes, Sintern der Pulverschicht unter Verwendung der Laserstrahlungseinheit und Bilden der gesinterten Schicht, wobei eine Dicke einer Pulverschicht, die auf bzw. neben der vorbestimmten gesinterten Schicht gebildet wird, so eingestellt wird, dass das Sintern nicht die Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke erreicht, die neben der gesinterten Schicht gebildet wird, selbst wenn die Dicke größer ist als die vorbestimmte Dicke, und eine Vielzahl von gesinterten Bereichen wird durch Laserstrahlung gebildet, wobei die Laserstrahlungseinheit eine Vielzahl von gesinterten Bereichen bildet durch Bestrahlen der Bestrahlungsregion mit einem Laser, wobei die Abbildungseinheit jeweils die Vielzahl von gesinterten Bereichen abbildet, wobei die Berechnungsvorrichtung tatsächliche Laserstrahlungspositionen von den Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen berechnet, die jeweils durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden, und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition berechnet durch Vergleichen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition mit einer Ziellaserstrahlungsposition, in dem Fall, dass eine Abweichung der Laserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche Null ist, wobei die Korrekturvorrichtung die tatsächliche Laserstrahlungsposition jedem der gesinterten Bereiche zu der Ziellaserstrahlungsposition korrigiert, basierend auf der Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet wurde und wenn der Neubeschichtungskopf in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen durch die Abbildungseinheit, werden Abschnitte der Vielzahl von gesinterten Bereichen und Pulvermaterialien von der Bestrahlungsregion entfernt, so dass die Pulverschicht eine vorbestimmte Dicke aufweist.
In der vorliegenden Erfindung, während des Schichtbildens und Formens, wird eine Pulverschicht mit einer Dicke, die größer ist als eine vorbestimmte Dicke einer Pulverschicht, die als eine gesinterte Schicht dient, die den geschichteten und geformten Gegenstand bildet, gebildet, so dass das Sintern nicht die Pulverschicht erreicht, die neben dieser gesinterten Schicht gebildet ist, selbst wenn eine Vielzahl von gesinterten Bereichen neben der vorbestimmten gesinterten Schicht durch Laserstrahlung gebildet wird. Dann wird ein Laser auf die Pulverschicht gestrahlt, um die Vielzahl von gesinterten Bereichen zu bilden, und eine Positionsabweichung zwischen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition und der Ziellaserstrahlungsposition wird berechnet an jedem der gesinterten Bereiche, die durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden, um die Korrektur durchzuführen. Weiterhin, wenn der Neubeschichtungskopf in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen durch die Abbildungseinheit, werden Abschnitte der Vielzahl von gesinterten Bereichen und Pulvermaterialien von der Bestrahlungsregion entfernt, so dass die Pulverschicht eine vorbestimmte Dicke aufweist. Entsprechend, da die Abweichung der Laserstrahlungsposition aufgrund thermischer Verschiebung der Laserstrahlungseinheit, die während des Formens des geschichteten und geformten Gegenstandes auftritt, korrigiert werden kann, kann ein geschichteter und geformter Gegenstand erhalten werden, der eine höhere Verarbeitungsgenauigkeit aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, vor dem Formen eines neuen geschichteten und geformten Gegenstandes, kann die Abweichung der Laserstrahlungsposition, die während des vorhergehenden Schichtens und Formens auftritt, genauer korrigiert werden.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht der gesamten Konfiguration einer Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Perspektivansicht, die eine untere Struktur der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung zeigt.
3 ist eine Perspektivansicht, die einen Neubeschichtungskopf der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung zeigt.
4 ist eine Vorderansicht eines Formungsraums vor dem Bilden einer Pulverschicht.
5 ist eine Vorderansicht eines Formungsraums nach dem Bilden einer Pulverschicht.
6 ist eine Vorderansicht eines Formungsraums nach dem Bilden eines gesinterten Bereichs.
7 ist eine Draufsicht eines Formungsraums nach dem Bilden eines gesinterten Bereichs.
8 ist eine vergrößerte Ansicht des gesinterten Bereichs, die in 7 gezeigt wird.
9 ist eine Vorderansicht eines Formungsraums nach einem Erhöhen bzw. Anheben des Formungstisches.
10 ist eine Vorderansicht eines Formungsraums nach dem Entfernen eines gesinterten Bereichs.

Beschreibung der Ausführungsformen
Hier wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1 ist eine Metallpulversinterungs-Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung. Wie in 1 gezeigt wird, weist die Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1 eine Formungskammer 1A und eine Antriebskammer 1B auf, die in einem Formungsbad installiert sind. Die Formungskammer 1A ist an einem vorderen Abschnitt der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1 angeordnet. Die Antriebskammer 1B ist in einem hinteren Abschnitt der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1 angeordnet. Die Formungskammer 1A und die Antriebskammer 1B sind durch einen Faltbalg 1C getrennt bzw. unterteilt. Ein Schutzgas wird in die Formungskammer 1A und die Antriebskammer 1B von einer Schutzgaszufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) zugeführt. Entsprechend sind die Formungskammer 1A und die Antriebskammer 1B konfiguriert, so dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Formungsbad soweit wie möglich verringert wird. Weiterhin wird in der folgenden Beschreibung, in der 1, eine linke Seite als die Front definiert, eine rechte Seite als die Rückseite definiert, eine vordere Seite als die Rechte definiert, die hintere Seite als die Linke definiert, eine obere Seite als die Oberseite definiert und eine untere Seite als der Boden definiert und Richtungen von „vorne“, „hinten“, „rechts“, „links“, „oben“ und „unten“ werden unter Verwendung dieser Richtungswörter erklärt.
Ein Formungsraum, der konfiguriert ist, um einen geschichteten und geformten Gegenstand zu bilden, ist in der Formungskammer 1A gebildet. Ein Metallpulvermaterial wird in dem Formungsraum verteilt. Ein Formungstisch 2A ist in der Formungskammer 1A beherbergt. Der Formungsraum ist in der gesamten Region oberhalb des Formungstisches 2A gebildet. Eine Formungsplatte 11 ist auf dem Formungstisch 2A angeordnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist eine Schichtbildungsvorrichtung 2 einen Formungstisch 2A, einen Tragemechanismus 2B, der konfiguriert ist, um den Formungstisch 2A anzuheben, während des Tragens des Formungstisches 2A, einen Übertragungsmechanismus 2C, der konfiguriert ist, um Bewegung an den Tragemechanismus 2B zu übertragen, eine Antriebsvorrichtung, einschließlich eines Motors (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, den Tragemechanismus 2B anzutreiben, und so weiter.
Wie in 3 gezeigt ist, weist ein Neubeschichtungskopf 3 eine Klinge 3A, eine Materialvorratsbox 3B, einen Führungsmechanismus 3C und so weiter auf. Der Neubeschichtungskopf 3bildet eine neue Pulverschicht durch zuführen eines Pulvermaterials von der Materialvorratsbox 3B, horizontales Bewegen der Klinge 3A entlang einer Referenzhöhe h0 in eine nach links/rechts gerichtete Richtung und einebnen des zugeführten Pulvermaterials.
Eine Materialzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um ein Pulvermaterial in die Materialvorratsbox 3B zuzuführen ist oberhalb der Klinge 3A installiert. Die Materialvorratsbox 3B wird von der Materialzufuhrvorrichtung rechtzeitig mit dem Pulvermaterial aufgefüllt, so dass die Menge des Pulvermaterials in der Materialvorratsbox 3B während des Formens eines geschichteten und geformten Gegenstands nicht unzureichend wird.
Wie in 2 gezeigt, weist der Führungsmechanismus 3C eine Paar Halterungen 31 und Führungsschienen 32R und 32L auf, die als ein Paar von Schaftelementen 32 dienen, die von jeweils den Halterungen 31R und 31L aufgenommen werden. Der Neubeschichtungskopf 3 bewegt sich in der nach links/rechts gerichteten Richtung hin und her, indem er durch den Führungsmechanismus 3C geführt wird.
Eine Laserstrahleinheit 5 bildet eine gesinterte Schicht durch Bestrahlen der Pulverschicht mit einem Laser. Die Laserstrahleinheit 5weist eine Laserscan- bzw. Abtastvorrichtung 5A einschließlich zweier Galvanometerspiegel, einem Laseroszillator 5B, einer Fokuslinse 5C, einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um diese zu steuern, und so weiter auf.
Ein Lase mit einer vorbestimmten Energie, der von dem Laseroszillator 5B ausgegeben wird, erreicht die Galvanometerspiegel der Laserabtastvorrichtung 5A durch ein Übertragungselement. Ein Laser, der durch das Paar von Galvanometerspiegeln reflektiert wird, wird durch die Fokuslinse 5C zusammengeführt und passiert durch eine Übertragungslinse 1D, die in einem Durchgangsloch installiert ist, das in eine obere Platte der Formungskammer 1A gebohrt bzw. gestanzt ist. Der Laser, der durch die Fokuslinse 5C zusammengeführt wurde, wird auf die Pulverschicht mit einem Punktdurchmesser gestrahlt, der vorher bestimmt wird.
Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Schneidevorrichtung 7 einen ersten beweglichen Körper 7A, der in der nach links/rechts gerichteten Richtung hin und her bewegbar ist, einen zweiten beweglichen Körper 7B, der in der nach vorne/hinten gerichteten Richtung hin und her bewegbar ist, einen Verarbeitungskopf 7C, der in der nach oben/unten gerichteten Richtung hin und her bewegbar ist, eine Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) und so weiter auf. Zusätzlich sind eine Abbildungseinheit 10 und ein Spindelkopf in dem Verarbeitungskopf 7C installiert. Die Abbildungseinheit 10 ist, zum Beispiel, eine CCD-Kamera, die einer sichtbare-Licht-Region als ein dynamisches Spektrum (range) aufweist. Wie unten beschrieben ist, wird die Abbildungseinheit 10 verwendet, wenn eine Abweichung einer Laserstrahlungsposition korrigiert wird, die während der vorhergehenden Schichtbildung und Formung erzeugt wurde, bevor dem Formen eines neuen geschichteten und geformten Gegenstands. Der Spindelkopf 8 ist konfiguriert, um in einem Zustand rotiert zu werden, in dem ein Schneidewergzeug 9 angebracht ist. Der Spindelkopf 8 ist an einer linken Seite der Abbildungseinheit 10 installiert.
Die Schneidevorrichtung 7 kann eine Position in der nach links/rechts gerichteten Richtung unter Verwendung des ersten beweglichen Körpers 7A, eine Position in der nach vorne/hinten gerichteten Richtung unter Verwendung des zweiten beweglichen Körpers 7B und eine Position in der nach oben/unten gerichteten Richtung unter Verwendung des Verarbeitungskopfes 7C bestimmen. Entsprechend kann das Schneidewerkzeug 9 frei in drei Achsenrichtungen bewegt werden und an einer beliebigen Höhe in der Formungskammer 1A positioniert werden. Dann wird ein Fräsen bzw. Schneiden ausgeführt durch Anlegen einer Schnittkante 9A des Schneidewerkzeugs 9, das mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert, während es sich in einer horizontalen Richtung bewegt.
Als nächstes wird ein Prozess des Herstellens eines geschichteten und geformten Gegenstandes unter Verwendung der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1 einfach beschrieben.
Wenn der Neubeschichtungskopf 3 horizontal in der nach links/rechts gerichteten Richtung bewegt wird, wird ein Pulvermaterial auf der Formungsplatte 11 durch die Klinge 3A eingeebnet, während ein Pulvermaterial von der Materialvorratsbox 3B in dem Formungsraum auf dem Formungstisch 2A zugeführt wird. Entsprechend wird eine Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf der Formungsplatte 11 gebildet und eine Bestrahlungsregion R wird mit einem Laser bestrahlt, um eine gesinterte Schicht zu bilden. Nach dem Bilden der gesinterten Schicht wird der Formungstisch 2A abgesenkt um eine Höhe, die einer Dicke einer Pulverschicht entspricht, die als nächstes gebildet wird. Dann wird eine neue Pulverschicht auf der gesinterten Schicht gebildet mit einer Dicke, die gleich der Absenkdistanz des Formungstisches 2A ist, und eine gesinterte Schicht wird durch Bestrahlen der Bestrahlungsregion R mit dem Laser gebildet. Wenn solche Arbeit wiederholt wird, wird ein gewünschter geschichteter und geformter Gegenstand hergestellt. Zusätzlich, um die Oberflächengenauigkeit oder dergleichen zu erhöhen, wann immer eine Vielzahl von gesinterten Schichten gebildet wird, wird bezüglich der gesinterten Schichten ein Schneideprozess des Durchführens einer Schneideverarbeitung auf einer Oberfläche der gesinterten Schicht oder unerwünschten Teilen unter Verwendung des Schneidewerkzeugs 9 durchgeführt, das an dem Spindelkopf 8 installiert ist.
Weiterhin, in der Ausführungsform, wenn eine Abweichung einer Laserstrahlungsposition, die während der vorherigen Schichtbildung und Formung auftritt, korrigiert wird vor dem Formen eines neuen geschichteten und geformten Gegenstandes, wird Laserstrahlung genau an einer gewünschten Position der Bestrahlungsregion R durchgeführt. Im Folgenden wird ein Betrieb der Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung 1, wenn die Laserstrahlungsposition vor dem Schichtbilden und Formen korrigiert wird, detailliert mit Bezug auf 4 bis 10 beschrieben. Weiterhin, wie in 4 gezeigt ist, bevor mit dem Formen des geschichteten und geformten Gegenstandes begonnen wird, wir deine Höhe einer oberen Oberfläche der Formungsplatte 11 auf die Referenzhöhe h0 eingestellt, gleich einer Höhe eines unteren Endes des Neubeschichtungskopfes 3, der konfiguriert ist, um ein Pulvermaterial zu verteilen. Wie oben beschrieben ist, verteilt der Neubeschichtungskopf 3 ein Pulvermaterial während er sich entlang der Referenzhöhe h0 in einer horizontale uniaxiale Richtung bewegt.
Zunächst, wie in 5 gezeigt ist, wird der Formungstisch 2A abgesenkt auf eine Höhe, auf der der gesinterte Bereich 20A nicht die Formungsplatte 11 erreicht, selbst wenn Laserstrahlung auf einer Pulverschicht 20 auf der Formungsplatte 11 durchgeführt wird, um einen gesinterten Bereich 20A an der Höhe der oberen Oberfläche der Formungsplatte 11 zu bilden. Dann, wenn der Neubeschichtungskopf 3 entlang der Referenzhöhe h0 in der horizontale uniaxiale Richtung bewegt wird, wir die Pulverschicht 20 mit einer Dicke d0, die gleich einer Differenz zwischen der Referenzhöhe h0 und der Höhe h1 der oberen Oberfläche der Formungsplatte 11 auf der Bestrahlungsregion R gebildet.
Als nächstes werden die Laserstrahlungsbedingungen eingestellt. Die Laserstrahlungsbedingungen sind, zum Beispiel, eine Intensität eines Lasers, ein Punktdurchmesser, ein Strahlungszielposition und so weiter. Wie in 6 gezeigt, wenn ein Laser in Richtung einer Strahlungsposition auf der Pulverschicht 20 gestrahlt wird, wird der gesinterte Bereich 20A auf dem oberen Schichtbereich der Pulverschicht 20 gebildet. Insbesondere wird durch die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) ein Rotationssteuerungssignal entsprechend einer Strahlungszielposition in die Galvanometerspielgel eingegeben, die konfiguriert ist, um die Laserstrahlungseinheit 5 zu steuern und die Galvanometerspielgel werden jeweils auf vorbestimmte Winkel gerichtet. Dann wird ein Laserstrahl von einer Laserstrahlenquelle ausgegeben und über die Galvanometerspielgel an eine vorbestimmte Position (im Folgenden als eine tatsächliche Strahlungsposition bezeichnet) gestrahlt, die der Ziellaserstrahlungsposition entspricht. Entsprechend wird ein oberer Schichtbereich der Pulverschicht 20 gesintert, um die gesinterten Bereiche 20A zu bilden.
Wie in 7 gezeigt ist, sind die gesinterten Bereiche 20A in der gesamten Region der Bestrahlungsregion R in vorbestimmten Abständen in einem Gittermuster angeordnet. Hier werden die gesinterten Bereiche 20A, die an äußersten Positionen der Bestrahlungsregion R gebildet sind, gebildet, um die zu korrigierende Bestrahlungsregion R zu umgeben, so dass ein Positionsschwerpunkte dieser Positionen an äußersten Positionen in der Bestrahlungsregion R angeordnet sind. In der Ausführungsform wird eine Vielzahl von (insgesamt 25) gesinterten Bereichen 20A gebildet.
Wie in 8 gezeigt ist, ist eine Form der gesinterten Bereiche 20A eine Ringform mit einer vorbestimmten Breite in der radialen Richtung. Eine Größe der gesinterten Bereiche 20A ist so eingestellt, dass eine maximale Breite im Bereich von 0,1 mm bis 5,0 mm liegt. Die gesinterten Bereiche 20A sind durch wiederholte Laserstrahlung gebildet, so dass eine Vielzahl von Ringen mit unterschiedlichen Durchmessern der Reihe nach von außen nach innen gezeichnet werden.
Dann, wenn der erste bewegliche Körper 7A, der zweite bewegliche Körper 7B und der Verarbeitungskopf 7C der Schneidevorrichtung 7 bewegt werden, werden die gesinterten Bereiche 20A durch die Abbildungseinheit 10, die an dem Verarbeitungskopf 7C installiert ist, einer nach dem anderen von nahem fotografiert.
Als nächstes berechnet die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um die Schneidevorrichtung 7 zu steuern, einen Positionsschwerpunkt jeder der gesinterten Bereiche 20A, die tatsächlich gebildet wurden (im Folgenden als tatsächlicher Positionsschwerpunkt bezeichnet), aus einer Bestrahlungsmarkierung, die in einer Abbildung gezeigt wird, die durch die Abbildungseinheit 10 aufgenommen wurde. Falls eine Form der gesinterten Bereiche 20A eine Ringform ist, wie in der Ausführungsform, ist der Positionsschwerpunkt jeder der gesinterten Bereiche 20A der gleiche als der Positionsschwerpunkt jeder der Ringformen.
Weiterhin berechnet die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um die Schneidevorrichtung 7 zu steuern, eine Abweichungsgröße zwischen dem oben erwähnten tatsächlichen Positionsschwerpunkt und dem Positionsschwerpunkt der gesinterten Bereiche 20A, die gebildet werden, wenn eine Abweichung der Laserstrahlungsposition Null ist, d.h. wenn ein Laser genau auf die Strahlungszielposition gestrahlt wird (im Folgenden als ein Zielpositionsschwerpunkt bezeichnet).
Dann korrigiert die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um die Laserstrahlungseinheit 5 zu steuern, die Laserstrahlungsposition basierend auf dem tatsächlichen Positionsschwerpunkt und dem Zielpositionsschwerpunkt, die durch die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um die Schneidevorrichtung 7 zu steuern, berechnet wurde. Insbesondere, wie in 8 gezeigt ist, korrigiert die Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), die konfiguriert ist, um die Laserstrahlungseinheit 5 zu steuern, beide Elemente einer Translationsabweichung und einer Rotationsabweichung. Eine Abweichung Δ1 zwischen einer tatsächlichen Positionsschwerpunkt C1 und einer Zielpositionsschwerpunkt C0 wird verursacht durch irgendeine von einer Translationsabweichung Δx in eine X-Richtung, einer Translationsabweichung Δy in eine Y-Richtung und einer Rotationsabweichung Δθ. Vorausgesetzt, dass ein Spaltenvektor einer beliebigen Zielposition p = T (xp, yp) ist und ein Spaltenvektor einer tatsächlichen Positionsschwerpunkt, die einer gewissen Zielpositionsschwerpunkt entspricht, q = T (xq, yq) ist, kann die repräsentiert werden durch p = ARq + d --- Gleichung (1). Weiterhin ist AR eine zweidimensionale Rotationsmatrix, die -Δθ als einen Rotationswinkel verwendet und d ust ein Spaltenvektor (d = T(Δx, Δy)), der eine Translationsabweichung als ein Element verwendet. Das heißt, die tatsächliche Positionsschwerpunkt C1 kann im Wesentlichen umgewandelt werden, um mit der Zielpositionsschwerpunkt C0 übereinzustimmen, durch Berechnen von AR und d aus Δ1 und Durchführen einer Korrektur, wie in Gleichung (1) gezeigt ist. Wenn dies für alle der gesinterten Bereiche 20A durchgeführt wird, wird die Laserstrahlungsposition in der gesamten Region der Bestrahlungsregion R korrigiert.
Als nächstes, wie in 9 gezeigt ist, wird der Formungstisch 2A angehoben bis eine Dicke der Pulverschicht 20 zwischen der Referenzhöhe h0 und der oberen Oberfläche der Formungsplatte 11 eine Dicke d1 der ersten Pulverschicht 20B des geschichteten und geformten Gegenstands ist.
Dann, wie in 10 gezeigt ist, wenn der Neubeschichtungskopf 3 an der Referenzhöhe h0 in eine horizontale uniaxiale Richtung bewegt wird, wird die Pulverschicht 20B mit der Dicke d1, die der ersten Pulverschicht des geschichteten und geformten Gegenstands entspricht, gebildet, während ein oberer Schichtabschnitt der Pulverschicht 20 entfernt wird, einschließlich dem gesinterten Bereich 20A außerhalb der Bestrahlungsregion R. Danach, wenn die Laserstrahlung auf der Pulverschicht 20B ausgeführt wird, wird die erste gesinterte Schicht des geschichteten und geformten Gegenstands gebildet, wobei das Formen des geschichteten und geformten Gegenstands in der oben erwähnten Reihenfolge durchgeführt wurde.
(Auswirkungen/Effekte)
In der Ausführungsform wird ein Pulvermaterial mit einem Laser bestrahlt, um die Vielzahl von gesinterten Bereichen 20A zu bilden, ohne ein Bestrahlungsziel zu verwenden, und wird eine Korrektur durchgeführt durch Berechnen einer Abweichung zwischen einem tatsächlichen Positionsschwerpunkt, der als tatsächliche Laserstrahlungsposition dient, und einem Zielpositionsschwerpunkt, der als eine Ziellaserstrahlungsposition dient, in jedem gesinterten Bereiche 20A, die durch die Abbildungseinheit 10 abgebildet wurde. Da eine thermische Verformung, die auftritt, wenn das Pulvermaterial mit dem Laser bestrahlt wird, sich radial ausbreitet, wobei die Laserstrahlungsposition als ein Mittelpunkt dient, wird die Laserstrahlungsposition des gesinterten Bereichs 2A, die als eine tatsächliche Laserstrahlungsposition dient, nicht durch thermische Verformung verändert. Entsprechend, wenn die tatsächliche Laserstrahlungsposition als eine Schwerpunktposition berechnet wird, die im Wesentlichen gleich der Schwerpunktposition des gesinterten Bereichs 20A ist, wie in der Ausführungsform, tritt eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition und der Laserstrahlungsposition nach der thermischen Verformung nicht auf. Zusätzlich, da das Laserstrahlziel ein Pulvermaterial ist, sind die Pulvermaterialien, die die gesinterten Bereiche 20A bilden, getrennt und nicht physisch miteinander verbunden. Aus diesem Grund beeinflusst Wärme, die erzeugt wird, wenn ein gesinterter Bereich 20A durch Bestrahlen eines Pulvermaterials an einer bestimmten Stelle mit einem Laser gebildet wird, nicht die Position von gesinterten Bereichen 20A, die an Stellen gebildet werden, die entfernt von dieser Stelle liegen. Das heißt, wie in dem Fall, in dem die Laserstrahlungsposition unter Verwendung eines wärmeempfindlichen Films korrigiert wird, verändert sich eine Position jeder Bestrahlungsmarkierung nicht jedes Mal, wenn die Laserbestrahlung durchgeführt wird. Entsprechend, gemäß der Ausführungsform, verändert sich die tatsächliche Laserstrahlungsposition auch nicht durch die Wärme, die während der Bildung der gesinterten Bereiche 20A erzeugt wird, die als nächstes erzeugt werden und verändert sich nicht durch die Wärme, wenn irgendeiner der gesinterten Bereiche 20A gebildet wird. Entsprechend, da eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition und der Laserstrahlungsposition, die durch Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) berechnet wird, die konfiguriert ist, um die Schneidevorrichtung 7 zu steuern, verhindert werden kann, verglichen mit dem Fall, in dem ein Bestrahlungsziel verwendet wird, kann eine Korrektur der Laserstrahlungsposition genauer korrigiert werden.
Zusätzlich, da die Abweichung der Laserstrahlungsposition korrigiert werden kann ohne Verwendung eines Bestrahlungsziels, kann die Arbeitsbelastung eines Arbeiters, wie etwa Reinigung, Anbringen und entfernen und so weiter des Formungstisches, auf dem das Bestrahlungsziel angebracht ist, reduziert werden. Zusätzlich können Herstellungskosten reduziert werden.
Zusätzlich werden die gesinterten Bereiche 20A in der gesamten Bestrahlungsregion R an vorbestimmten Abständen in einem Gittermuster gebildet. Hier werden die gesinterten Bereiche 20A, die an äußersten Positionen der Bestrahlungsregion R gebildet sind, gebildet, um die zu korrigierte Bestrahlungsregion R zu umgeben, so dass ein Positionsschwerpunkte dieser Positionen an den äußersten Positionen in der Bestrahlungsregion R angeordnet sind. Entsprechend können Abweichungen der Laserstrahlungsposition in der gesamten Bestrahlungsregion R korrigiert werden.
Zusätzlich, wenn der Neubeschichtungskopf 3 entlang der Referenzhöhe h0 in die horizontale uniaxiale Richtung bewegt wird, nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen 20A durch die Abbildungseinheit, wird wenigstens die Vielzahl von gesinterten Bereichen 20A von der Bestrahlungsregion R entfernt. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass ein gesinterter Körper, der mehrmals gesintert wurde, eingeschlossen wird und der geschichtete und geformte Gegenstand kann homogenisiert werden. Zusätzlich kann eine Arbeitsabfolge von der Korrektur der Abweichung der Laserstrahlungsposition vor dem Schichtbilden und Formen bis zum Formen des geschichteten und geformten Gegenstands, fortlaufend und automatisch durchgeführt werden.
Zusätzlich ist die Abbildungseinheit 10 an dem Verarbeitungskopf 7C installiert. Entsprechend, wenn der erste bewegliche Körper 7A, der zweite bewegliche Körper 7B und der Verarbeitungskopf 7C der Schneidevorrichtung 7 bewegt werden, können die gesinterten Bereiche 20A durch die Abbildungseinheit 10, die an dem Verarbeitungskopf 7C installiert ist, einer nach dem anderen von nahem fotografiert werden.
Zusätzlich weist in die Vielzahl von gesinterten Bereichen 20A, die auf der Pulverschicht 20 durch die Laserstrahlungseinheit 5 gebildet werden, eine maximale Breite von 0,1 mm bis 5,0 mm auf. Entsprechend kann eine Verwechslung zwischen den tatsächlich gesinterten Bereichen 20A und dem Rauschen, das in den durch die Abbildungseinheit 10 abgebildeten Daten eingeschlossen wird, verhindert werden.
Gemäß der obigen Beschreibung, während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt auf die oben beschriebene Ausführungsform oder Beispiele und verschiedene Designänderungen können durchgeführt werden ohne vom Wesen der folgenden Ansprüche abzuweichen.
In der Ausführungsform, während die Bestrahlungsregion R des Lasers offenbart ist als im Wesentlichen die gleiche wie die gesamte obere Region des Formungstisches 11, auf dem die Pulverschicht des Pulvermaterials mit einer vorbestimmten Dicke gebildet ist, ist die Bestrahlungsregion R nicht darauf begrenzt. Die Bestrahlungsregion R kann zum Beispiel ein Teil der oberen Region der Formungsplatte 11 sein.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, während die Form der gesinterten Bereiche 20A beschrieben wurde als in einer Ringform, ist die Form der gesinterten Bereiche 20A nicht darauf begrenzt. Die Form der gesinterten Bereiche 20A kann zum Beispiel eine kreisförmige Form oder eine polygonale Form aufweisen, wobei das Pulvermaterial an einem zentralen Abschnitt davon gesintert wird. Zusätzlich kann die Form der gesinterten Bereiche 20A zum Beispiel eine lineare Form mit einer vorbestimmten Länge, eine X-Markierung oder dergleichen sein.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, während die Bildung von 25 der gesinterten Bereiche 20A beschrieben wurde, ist die Anzahl der gesinterten Bereiche 20A, die auf der Pulverschicht 20 gebildet werden, nicht darauf begrenzt. Um die Verarbeitungsgenauigkeit weiter zu erhöhen, können 25 oder mehr der gesinterten Bereiche 20A gebildet werden. Zusätzlich, wenn eine Abnahme der Verarbeitungsgenauigkeit möglich wäre, können weniger als 25 der gesinterten Bereiche 20A gebildet werden.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, während die Laserstrahlungsposition so beschrieben wurde, dass sie durch Korrektur des Positionsschwerpunkts korrigiert wird, die als Mittelposition jeder der gesinterten Positionen 20A dient, kann ein Korrekturpunkt irgendein Punkt sein, solange der Korrekturpunkt ein Position ist, die in einer Region der gesinterten Positionen 20A durch eine vorbestimmte Regel definiert wurde.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, wenn die Laserstrahlungsposition vor dem Schichtbilden und Formen korrigiert wird, kann eine Laserintensität des gestrahlten Lasers und eine Dicke der Pulverschicht 20, die mit dem Laser bestrahlt wird, angemessen verändert werden, solange die gesinterten Positionen 20A gebildet werden können und die gesinterten Positionen 20A innerhalb eines Bereichs bleiben, der die Formungsplatte 11 nicht erreicht. Zum Beispiel, wenn die Laserintensität im Wesentlichen gleich der ist, wenn eine gesinterte Schicht eines geschichteten und geformten Gegenstands gebildet wird, und eine Dicke der gebildeten Pulverschicht 20 ist ausreichend größer als eine Dicke während der Bildung eines geschichteten und geformten Gegenstands durch eine Pulverschicht, können die gesinterten Bereiche 20A so konfiguriert werden, dass sie die Formungsplatte 11 während der Bildung der gesinterten Bereiche 20A auf der Pulverschicht 20 nicht erreichen. Zusätzlich kann die Laserintensität ausreichend kleiner sein als die, wenn eine gesinterte Schicht eines geschichteten und geformten Gegenstands in der Region gebildet wird, in der die gesinterten Bereiche 20A gebildet werden können und eine Dicke der Pulverschicht 20 kann im Wesentlichen gleich einer Dicke einer Pulverschicht während der Bildung eines geschichteten und geformten Gegenstands sein.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, während der gesinterte Bereich 20A beschrieben wurde als durch die Abbindungseinheit 10 abgebildet, die an dem Verarbeitungskopf 7C der Schneidevorrichtung 7 angebracht ist, kann die Abbildungseinheit 10 an dem Neubeschichtungskopf 3 angebracht sein. Insbesondere können die gesinterten Bereiche 20A jeweils vom nahem fotografiert werden durch Anbringen einer Vielzahl von Abbildungseinheiten 10, die in einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung ist, an einer Rückseite des Neubeschichtungskopfes 3 und Bewegen dieser in der horizontalen uniaxialen Richtung.
Zusätzlich, in der Ausführungsform, während der gesinterte Bereich 20A beschrieben wurde als durch die Abbindungseinheit 10 abgebildet, die an dem Verarbeitungskopf 7C der Schneidevorrichtung 7 angebracht ist, ist ein Anbringungsobjekt der Abbildungseinheit 10 nicht auf den Verarbeitungskopf 7C der Schneidevorrichtung 7 begrenzt. Zum Beispiel kann ein Hauptschaft, der in drei Achsrichtungen bewegbar ist, getrennt von der Schneidevorrichtung 7 installiert sein und die Abbindungseinheit 10 kann an dem Hauptschaft angebracht sein. Zusätzlich, kann ein Hauptschaft, der in drei Achsrichtungen bewegbar ist, an einer Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung installiert sein, in der eine Schneidevorrichtung 7 nicht installiert ist und die Abbildungseinheit 10 kann an dem Hauptschaft angebracht sein.
Während in der obigen Beschreibung der Fall beschrieben wurde, in dem die Laserstrahlungsposition korrigiert wird vor dem Beginn des Formens des geschichteten und geformten Gegenstands, kann die gleiche Korrektur während des Formens des geschichteten und geformten Gegenstands durchgeführt werden. Insbesondere kann die gleiche Korrektur während des Bildens der nächsten Pulverschicht nach dem Bilden einer gewissen gesinterten Schicht durchgeführt werden. Entsprechend, da eine Abweichung der Laserstrahlungsposition aufgrund thermischer Verschiebung der Laserstrahlungseinheit 5, die bei dem Formen des geschichteten und geformten Gegenstands auftritt, korrigiert werden kann, kann ein geschichteter und geformter Gegenstand mit einer erhöhten Verarbeitungsgenauigkeit erhalten werden. Zusätzlich kann ein Zeitpunkt des Durchführens einer Korrektur einer Abweichung der Laserstrahlungsposition während des Formens des geschichteten und geformten Gegenstands nach jedem Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls sein, zum Beispiel, so dass eine vorbestimmte Anzahl von Korrekturen der Laserstrahlungsposition während des Formens des geschichteten und geformten Gegenstands durchgeführt wird. Weiterhin, wenn der Zeitpunkt des Durchführens der Korrektur auf die Bildung einer bestimmten gesinterten Schicht fällt, kann die Korrektur der Abweichung der Laserstrahlungsposition nach der Bildung dieser gesinterten Schicht durchgeführt werden. Das heißt, die Korrektur der Abweichung der Laserstrahlungsposition während des Formens des geschichteten und geformten Gegenstands wird nach dem Bilden einer gewissen gesinterten Schicht und vor dem Bilden der nächsten Schicht durchgeführt, ohne den Betrieb in der Mittel der Bildung einer gesinterten Schicht zu stoppen. Zusätzlich kann die gleiche Korrektur durchgeführt werden, wann immer eine vorbestimmte Anzahl an gesinterten Schichten gebildet wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5888826 [0005]
JP 2979431 [0005]

Claims

Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung (1), umfassend: ein Formungsbad (1A), das mit einem Schutzgas gefüllt ist, das eine vorbestimmte Konzentration aufweist; einen Formungsbereich (2A), der in eine nach oben/unten gerichtete Richtung beweglich in dem Formungsbad (1A) liegt; einen Neubeschichtungskopf (7C), der sich in einer horizontalen uniaxialen Richtung hin und her bewegt und konfiguriert ist, um ein Metallpulvermaterial auf dem Formungsbereich (2A) einzuebnen, während das Metallpulvermaterial zugeführt wird, um eine Pulverschicht (20, 20B) zu bilden; eine Laserstrahlungseinheit (5), die konfiguriert ist, um einen Laser auf eine vorbestimmte Einstrahlungsregion der Pulverschicht (20, 20B) zu strahlen und eine Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) zu bilden; eine Abbildungseinheit (10), die konfiguriert ist, um die Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) abzubilden, die jeweils auf der Pulverschicht (20, 20B) gebildet sind; eine Berechnungseinrichtung, die konfiguriert ist, um tatsächliche Laserstrahlungspositionen (C1) von Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) zu berechnen, die jeweils durch die Abbildungseinheit abgebildet wurden, und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungspositionen zu berechnen durch Vergleichen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition (C1) mit einer Ziellaserstrahlungsposition (C0), in einem Fall, dass eine Abweichung der Laserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche (20A) Null ist; und eine Korrektureinrichtung, die konfiguriert ist, um die tatsächliche Laserstrahlungsposition (C1) jedes der gesinterten Bereiche (20A) zu einer Ziellaserstrahlungsposition (C0) zu korrigieren, basierend auf der Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition, die durch die Berechnungseinrichtung berechnet wurde, wobei die Laserstrahlungseinheit (5) eine Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) bildet, um die Bestrahlungsregion zu umgeben, durch Durchführen der Laserstrahlung auf eine Vielzahl von Stellen, einschließlich äußerster Positionen in der Bestrahlungsregion, und wenn der Neubeschichtungskopf (7C) nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereiche (20A) durch die Abbildungseinheit (10) in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt wird, wird wenigstens eine Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) von der Bestrahlungsregion entfernt.
Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Abbildungseinheit (10) an dem Neubeschichtungskopf (7C) installiert.
Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei weiterhin ein Hauptschaft bereitgestellt ist, der über den Formungsbereich (2A) in dem Formungsbad (1A) bewegbar ist, und die Abbildungseinheit (10) an dem Hauptschaft installiert ist.
Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A), die auf der Pulverschicht (20, 20B) durch die Laserstrahlungseinheit (5) gebildet sind, eine maximale Breite von 0,1 mm bis 5,0 mm aufweist.
Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein geschichteter und geformter Gegenstand, der erhalten wird durch die Schichtbildungs- und Formungsvorrichtung (1), geformt wird durch wiederholtes Bilden der Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Formungsbereich (2A) unter Verwendung des Neubeschichtungskopfes (7C), Sintern der Pulverschicht unter Verwendung der Laserstrahlungseinheit (5) und Bilden der gesinterten Schicht, wobei eine Dicke der Pulverschicht, die neben der vorbestimmten gesinterten Schicht gebildet wird, so eingestellt wird, dass das Sintern nicht die Pulverschicht mit einer vorbestimmten Dicke erreicht, die neben der gesinterten Schicht gebildet wird, selbst wenn die Dicke größer ist als die vorbestimmte Dicke, und die Vielzahl von gesinterten Bereichen wird durch Laserstrahlung gebildet, wobei die Laserstrahlungseinheit (5) die Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) bildet durch Bestrahlen der Bestrahlungsregion mit einem Laser, wobei die Abbildungseinheit (10) jeweils die Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) abbildet, wobei die Berechnungseinrichtung tatsächliche Laserstrahlungspositionen (C1) von den Positionen der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) berechnet, die jeweils durch die Abbildungseinheit (10) abgebildet wurden, und eine Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition berechnet durch Vergleichen der tatsächlichen Laserstrahlungsposition (C1) mit einer Ziellaserstrahlungsposition (C0), in einem Fall, dass eine Abweichung der Laserstrahlungsposition in jedem der gesinterten Bereiche (20A) Null ist, wobei die Korrektureinrichtung die tatsächliche Laserstrahlungsposition (C1) von jedem der gesinterten Bereiche (20A) zu der Ziellaserstrahlungsposition (C0) korrigiert, basierend auf der Positionsabweichung der Laserstrahlungsposition, die durch die Berechnungseinrichtung berechnet wurde und wenn sich der Neubeschichtungskopf (7C) in der horizontalen uniaxialen Richtung bewegt, nach dem Abbilden der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) durch die Abbildungseinheit (10), werden Abschnitte der Vielzahl von gesinterten Bereichen (20A) und Pulvermaterialien von der Bestrahlungsregion entfernt, so dass die Pulverschicht eine vorbestimmte Dicke aufweist.