DE102017206001A1

DE102017206001A1 - Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren und additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung additiver Fertigung mittels Bewegen eines Bearbeitungselements, das einen Laser ausstrahlt, während Metallpulver zugeführt wird

Info

Publication number: DE102017206001A1
Application number: DE102017206001.8A
Authority: DE
Inventors: Masaki Oka; Takeshi Mochida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2017-10-19
Also published as: JP6412049B2; CN107297498B; US20170297107A1; CN107297498A; JP2017190505A

Abstract

Vorsehen eines additiven Fertigungsbearbeitungsverfahrens und einer additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung um eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche aufeinander abzustimmen, um ein hochpräzises additiv gefertigtes Produkt zu erhalten. Das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: ein Einstellschritt zum Einstellen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes (Fc), der eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) angibt, und eines sich mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert (Fc) deckenden Metallpulver-Zufuhrmengenbefehlswert (Mc), der eine Zufuhrmenge des Metallpulvers (5) angibt (Schritt S101 bis S102); einen Erfassungsschritt zum Erfassen der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F), welche die Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) widerspiegelt, bei der es tatsächlich bewegt wird, und einer tatsächlichen Abstandsinformation (G), die einen tatsächlichen Abstand zwischen dem Bearbeitungselement (10) und einer Oberfläche angibt, auf welcher das Metallpulver (5) aufgesprüht wird (Schritte S103 bis S105); und einem Zufuhrmengenberechnungsschritt zum Berechnen einer Metallpulverzufuhrmenge (Mout) mittels Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes (Mc) basierend auf der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F) und der tatsächlichen Abstandsinformation (G), so dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine additive Fertigung, die eine zugeführte Menge an Metallpulver steuert.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise waren ein Pulverkopfverfahren, das Metallpulver aussprüht und einen Strahl ausstrahlt, um eine gehärtete Schicht zu bilden, ein Pulversprühverfahren, das Metallpulver gleichzeitig aussprüht, während ein Strahl ausgestrahlt wird, um eine gehärtete Schicht zu bilden, usw. als Technologien bekannt, die ein additives Fertigungsverarbeitungsverfahren von Metall aufweisen. Als Technologie im Zusammenhang mit dem Pulversprühverfahren offenbarende Dokumente, gibt es beispielsweise Patentdokument 1 und Patentdokument 2. Das Patentdokument 1 beschreibt eine Technologie, die sich auf eine Laserbearbeitung bezieht, die ein Pulver aus Keramik, Metall oder dergleichen auf eine Grundmaterialoberfläche aufbringt und das Erwärmen und Sintern mittels Laser wiederholt. Das Patentdokument 2 beschreibt ein Verfahren zur Fertigung eines Festkörpers, in dem eine Mehrzahl von gesinterten Schichten integral laminiert sind, eine Technologie bei der eine Stelle bewegt wird, an der das Pulvermaterial zugeführt wird, während dieses zugeführte Pulvermaterial mittels Erhitzen mit einer hochdichten Energiequelle gesintert wird.
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 2798281
Patentdokument 2: ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2006-200030
Beschreibung der Erfindung
Im Allgemeinen, ist ein Werkstück, bei dem eine bearbeitete Oberfläche mit einer Programmbefehlsroute übereinstimmt (parallel verlaufend), ein hochpräzises Werkstück. Jedoch kann bei der Laminierungsbearbeitung des Pulversprühverfahrens, welches Metallpulver aussprüht während ein Laser von einem Bearbeitungskopf ausgestrahlt wird, um geschmolzene Schichten zu laminieren, eine bearbeitete Oberfläche in Übereinstimmung mit der Programmbefehlsroute aufgrund der Geschwindigkeit, bei der die Bewegung des Bearbeitungskopfs erfolgt und aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche, auf der Metallpulver gesprüht wird, nicht erhalten werden.
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Route des Bearbeitungskopfes zeigt, der sich derart vorwärtsbewegt, dass er abknickt. In 1 wird die Route des Bearbeitungskopfes, der sich gerade auf der Route N1 vorwärtsbewegt hat, dann die Richtung geändert hat um zur Route N2 abzuknicken, durch XY-Koordinaten (Ebene) gezeigt. An der Ecke, an der die Route N1 zur Route N2 abknickt, wird eine Verzögerung der Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes durchgeführt. 2 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, in dem die bearbeitete Oberfläche in Übereinstimmung mit der Programmbefehlsroute aufgrund einer Änderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht erreicht werden konnte. Wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes an der Ecke verlangsamt, erhöht sich das pro Flächeneinheit zugeführte Metallpulver und die geschmolzene Schicht verdickt sich um diesen Abschnitt, wie in 2 gezeigt.
3 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Route des Bearbeitungskopfes zeigt, in der er sich linear vorwärtsbewegt. In 3 ist eine lineare Route N3 gezeigt, und der Bearbeitungskopf bewegt sich entlang der Route N3 mit einer konstanten Geschwindigkeit. 4 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei dem eine bearbeitete Oberfläche in Übereinstimmung mit der Programmbefehlsroute aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, nicht erhalten wird. Wie in 4 gezeigt, wird die erhaltene bearbeitete Oberfläche mittels des konkaven Abschnitts der Oberfläche konkav, und die erhaltene bearbeitete Oberfläche, wird aufgebläht, wo die Oberfläche aufgebläht ist. Auch in Fällen, in denen die lineare Strecke N3 mit einer konstanten Geschwindigkeit auf diese Weise verfahren wird, wird eine bearbeitete Oberfläche in Übereinstimmung mit der Programmbefehlsroute nicht mehr erhalten, wenn Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, auftreten.
Bei herkömmlicher Technologie, wie sie im Patentdokument 1 oder dem Patentdokument 2 offenbart ist, ist es nicht möglich gewesen, die Situation, in der eine bearbeitete Oberfläche nicht gemäß der oben erwähnten Programmbefehlsroute erhalten wird, ausreichend zu behandeln. Zum Beispiel, obwohl Patentdokument 2 beschreibt, dass die Zufuhrrate des Pulvermaterials an Stellen auf der äußeren Schichtseite des gesuchten festen Produkts reduziert wird und die Zufuhrrate des Pulvermaterials an Stellen auf einer inneren Schichtseite des gesuchten festen Produkts erhöht wird, wurden die Variationen der Bearbeitungsgeschwindigkeit und Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche nicht berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein additives Fertigungsbearbeitungsverfahren und eine additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung vorzusehen, welche die Zufuhrmenge an Metallpulver steuert, die zusammen mit der Durchführung einer Laserbestrahlung ausgesprüht wird, um somit in der Lage zu sein, ein hochpräzises additiv gefertigtes Produkt gemäß einer Programmbefehlsroute zu erhalten.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein additives Fertigungsbearbeitungsverfahren zum Durchführen einer additiven Fertigung mittels Bewegen eines Bearbeitungselements (z. B. des später beschriebene Bearbeitungskopf 10), das einen Laser (z. B. der später beschriebene Laser 4) ausstrahlt, während ein Metallpulver (z. B. das später beschriebene Metallpulver 5) zugeführt wird, die folgenden Schritte auf: Einstellen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes (z. B. der später beschriebene Geschwindigkeitsbefehlswert Fc), der eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements angibt, und eines sich mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert deckenden Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert (z. B. der später beschriebene Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc), der eine Zufuhrmenge des Metallpulvers angibt; Erfassen der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (z. B. die später beschriebene Geschwindigkeit F), welche die Geschwindigkeit des Bearbeitungselements widerspiegelt, bei der es tatsächlich bewegt wird, oder einer tatsächlichen Abstandsinformation (z. B. der später beschriebene tatsächliche Abstand G), die einen tatsächlichen Abstand zwischen dem Bearbeitungselement und einer Oberfläche angibt, auf welcher das Metallpulver aufgesprüht wird, oder der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation und der tatsächlichen Abstandsinformation; und Berechnen einer Metallpulverzufuhrmenge (z. B. die später beschriebene Metallpulverzufuhrmenge Mout) mittels Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes (Mc) auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation und/oder der tatsächlichen Abstandsinformation, so dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann bei dem additiven Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie in dem ersten Aspekt beschrieben, ein Zufuhrmengen-Minimalwert (z. B. der später beschriebene minimale Klemmwert Mmin) im Vorfeld für die Metallpulver-Zufuhrmenge eingestellt werden, und der Zufuhrmengen-Minimalwert für die Metallpulver-Zufuhrmenge eingestellt werden, wenn die auf der Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation berechnete Metallpulver-Zufuhrmenge, unter den Zufuhrmengen-Minimalwert fällt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie es im ersten oder zweiten Aspekt beschrieben ist, ferner einen Schritt des Berechnens einer Metallpulver-Einstellmenge (z. B. der Metallpulver-Einstellmenge A, die später beschrieben wird) in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der tatsächlichen Abstandsinformation, die im Schritt des Erfassens erfasst wurde, und der Abstandsinformation (z. B. der angenommene Abstand Gc), die im Vorfeld eingestellt wurde, aufweisen, wobei die Metallpulver-Zufuhrmenge im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge unter Verwendung der Metallpulver-Einstellmenge berechnet wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem additiven Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie in dem dritten Aspekt beschrieben, ein Einstellmengen-Minimalwert (zum Beispiel der minimale Klemmwert Amin, der später beschrieben wird) und ein Einstellmengen-Maximalwert (z. B. der später beschriebene maximale Klemmwert Amax) im Vorfeld für die Metallpulver-Einstellmenge eigestellt, wobei der Einstellmengen-Minimalwert als die Metallpulver-Einstellmenge eingestellt wird, wenn die Metallpulver-Einstellmenge unter den Einstellmengen-Minimalwert fällt, und wobei der Einstellmengen-Maximalwert als die Metallpulver-Einstellmenge in einem Fall eingestellt wird, in dem die Metallpulver-Einstellmenge den Einstellmengen-Maximalwert (Amax) überschreitet.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie es in einem der ersten bis vierten Aspekte beschrieben ist, ferner einen Schritt des Berechnens eines Laserausgabewertes (z. B. des Laserausgabewerts Pout, der später beschrieben wird) mittels Korrigieren des Laserausgabebefehlswertes (z. B. des später beschriebenen Laserausgabebefehlswertes Pc) aufweisen, der im Vorfeld in Übereinstimmung mit der im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge berechneten Metallpulver-Zufuhrmenge eingestellt wurde.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie es im fünften Aspekt beschrieben ist, ferner einen Schritt des Berechnens einer Laserausgabe-Einstellmenge (beispielsweise der später beschriebenen Laserausgabe-Einstellmenge B) in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der Metallpulver-Zufuhrmenge, die im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge berechnet wird, und des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes, aufweisen, wobei der Laserausgabewert im Schritt des Berechnens der Laserausgabe unter Verwendung der Laserausgabe-Einstellmenge berechnet werden kann.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem additiven Fertigungsbearbeitungsverfahren, wie im sechsten Aspekt beschrieben, für die Laserausgabe-Einstellmenge ein Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert (z. B. der minimale Klemmwert Bmin, der später beschrieben wird) und ein Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert (z. B. der später beschriebene maximale Klemmwert Bmax) im Vorfeld festgelegt, wobei der Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert als Laserausgabe-Einstellmenge in einem Fall eingestellt wird, in dem die Laserausgabe-Einstellmenge unter den Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert fällt und wobei der Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert als die Laserausgabe-Einstellmenge eingestellt wird, wenn die Laserausgabe-Einstellmenge den Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert überschreitet.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung (z. B. die später beschriebene additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1) auf: ein Bearbeitungselement (beispielsweise der später beschriebene Bearbeitungskopf 10), das einen Laser (z. B. der später beschriebene Laser 4) beim Zuführen von Metallpulver (z. B. das später beschriebene Metallpulver 5) ausstrahlt; und eine Steuervorrichtung (z. B. die später beschriebene Steuervorrichtung 20), die einen Geschwindigkeitsbefehlswert (z. B. den später beschriebenen Geschwindigkeitsbefehlswert Fc), der eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements angibt, und einen Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert (z. B. der später beschriebene Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc), der eine sich mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert (Fc) deckende Zufuhrmenge des Metallpulvers (5) angibt, festlegt, wobei die Steuervorrichtung eine tatsächliche Geschwindigkeitsinformation (beispielsweise die später beschriebene Geschwindigkeit F), die eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements bei der tatsächlichen Bewegung widerspiegelt, eine tatsächliche Abstandsinformation (z. B. der tatsächlich beschriebene tatsächliche Abstand G), die eine tatsächliche Distanz zwischen dem Bearbeitungselement und einer Oberfläche auf welcher das Metallpulver (5) aufgesprüht wird, oder die tatsächliche Geschwindigkeitsinformation (F) und die tatsächliche Abstandsinformation (G), erfasst und eine Metallpulverzufuhrmenge (z. B. eine Metallpulverzufuhrmenge Mout, die später beschrieben wird) mittels Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformationen und/oder der tatsächlichen Abstandsinformation berechnet wird, so dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.
Gemäß dem additiven Fertigungsbearbeitungsverfahren und der additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen, wodurch ein hochpräzises additiv gefertigtes Produkt erhalten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel der Route eines Bearbeitungskopfes zeigt, der sich so fortbewegt, dass er abknickt;
2 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei dem eine bearbeitete Oberfläche aufgrund von Variationen der Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht mit einer Programmbefehlsroute übereinstimmt;
3 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel der Route eines Bearbeitungskopfes zeigt, der sich linear fortbewegt;
4 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei dem die bearbeitete Oberfläche nicht mit der Programmbefehlsroute aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche auf der Metallpulver aufgesprüht wird, übereinstimmt;
5 ist eine Ansicht, die schematisch einen Bearbeitungskopf einer additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine elektrische Verbindungsbeziehung der additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung zeigt;
7 ist ein Graph, der die Beziehung einer Standard-Metallpulver-Zufuhrmenge in Bezug auf die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes zeigt;
8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung der Metallpulver-Einstellmenge relativ zu einer Differenz zwischen einem idealen Abstand vom Bearbeitungskopf bis zu der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, und dem Abstand während der Bearbeitung zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Bearbeitung zeigt, um die Metallpulverzufuhrmenge einzustellen;
10 ist ein Graph, der die Beziehung einer Laserausgabe-Einstellmenge relativ zu einer Differenz zwischen einem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert und der Metallpulver-Zufuhrmenge zeigt; und
11 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Bearbeitung zeigt, um einen Laserausgabewert einzustellen.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, während auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
5 ist eine Ansicht, die schematisch einen Bearbeitungskopf 10 einer additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform wird in der additiven Fertigungsbearbeitung verwendet, welche eine gehärtete Schicht vom Pulversprühtyp mittels eines Bearbeitungskopfs 10 bildet, der das Metallpulver 5 gleichzeitig mit der Ausstrahlung eines Lasers 4 aussprüht. Der Bearbeitungskopf 10 der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgestaltet, dass er die Einstellung der Zufuhrmenge des Metallpulvers 5 ermöglicht und die Zufuhrmenge des bei der Laserausstrahlung ausgesprühten Metallpulvers 5 gemäß der Steuerung einer später beschriebenen Steuervorrichtung 20 eingestellt wird.
6 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die elektrische Verbindungsbeziehung der additiven Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1 zeigt. Wie in 6 gezeigt ist, enthält die additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1 den bereits genannten Bearbeitungskopf 10, eine Faserlaservorrichtung 40, mit welcher der Bearbeitungskopf 10 verbunden ist, eine Bearbeitungskopfbewegungsvorrichtung 11, die den Bearbeitungskopf 10 veranlasst sich zu bewegen, einen Spaltsensor 12 und eine Steuervorrichtung 20 zum Durchführen verschiedener Steuerungen an der additiven Fertigungsverarbeitungsvorrichtung 1.
Die Faserlaservorrichtung 40 ist ein Faserlaseroszillator zum Ausstrahlen des Lasers 4 und ist mit dem Bearbeitungskopf 10 verbunden. Die Faserlaservorrichtung 40 ist mit der später beschriebenen Steuervorrichtung 20 elektrisch verbunden und wird von dieser Steuervorrichtung 20 gesteuert.
Die Bearbeitungskopfbewegungsvorrichtung 11 ist ein Armroboter mit einer Vielzahl von Servomotoren 15 und der Bearbeitungskopf 10 ist an einem vorderen Ende davon angebracht. Die Mehrzahl der Servomotoren 15 ist mit der später beschriebenen Steuervorrichtung 20 über einen (nicht dargestellten) Servoverstärker verbunden. Die Mehrzahl der Servomotoren 15 beziehen sich auf eine X-Achse als Bewegungsachse in der Links-/Rechts-Richtung, eine Y-Achse als Bewegungsachse in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung und eine Z-Achse als Bewegungsachse in vertikaler Richtung des Bearbeitungskopfs 10 und ermöglichen es, dass der Bearbeitungskopf 10 dreidimensional bewegt wird. Es ist anzumerken, dass die Bearbeitungskopfbewegungsvorrichtung 11 nicht auf einen Armroboter beschränkt ist und dass ein geeignetes Mittel zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 10 verwendet werden kann. Es sei angemerkt, dass, obwohl drei der Servomotoren 15 in 6 dargestellt sind, die Anzahl oder Anordnung der Servomotoren 15 nicht darauf beschränkt ist, und es ist möglich, dies entsprechend der Situation entsprechend zu modifizieren.
Der Spaltsensor 12 ist ein Abstandserfassungselement, das einen tatsächlichen Abstand G vom vorderen Ende des Bearbeitungskopfes 10 bis zu der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht ist, erfasst. Der Spaltsensor 12 ist beispielsweise am vorderen Ende des Bearbeitungskopfes 10 installiert. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Erläuterung im Fall der einfachen Bezugnahme auf den Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, der tatsächliche Abstand G vom vorderen Ende des Bearbeitungskopfes 10 bis zur Oberfläche auf die das Metallpulver aufgesprüht wird, angegeben werden soll.
Die Steuervorrichtung 20 ist eine CNC (numerische Steuerung) mit einer Funktion zur Steuerung der Laserausstrahlung und der Bewegung des Bearbeitungskopfes 10.
Die Steuervorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform weist auf: eine numerisches Steuerelement 21, das eine Bewegungssteuerung für den Bearbeitungskopf 10 durchführt, ein Metallpulverzufuhrmengeneinstellelement 23, welches die Zufuhrmenge des Metallpulvers 5 steuert, ein Laserausgabeelement 24, welches die Ausgabe des Lasers 4 steuert, und ein Speicherelement 30, das verschiedene Programme und Daten speichert.
Das numerische Steuerelement 21 fungiert als eine numerische Steuerung, welche die jeweiligen Servomotoren 15 unterschiedlicher Achsrichtung und Anordnung der Bearbeitungskopfbewegungseinrichtung 11 steuert, so dass sich der Bearbeitungskopf 10 auf Grundlage der mittels einer Schnittstelle (nicht dargestellt) eingebenden Programmbefehlsroute bewegt. Die Programmbefehlsroute ist eine Route relativ zur Bearbeitungsoberfläche der Laminierung; sie ist jedoch eine Route des Bearbeitungskopfes 10, die entsprechend dem Bearbeitungsziel oder dem Bearbeitungsobjekt eingestellt wird, und der Bearbeitungskopf 10 nimmt eine Bewegungsbahn parallel zu dieser Programmbefehlsroute an.
Zusätzlich steuert das numerische Steuerelement 21 die Geschwindigkeit, mit der sich der Bearbeitungskopf 10 bewegt, indem er die Steuerung der Servomotoren 15 jeder Achsen der Bearbeitungskopfbewegungsvorrichtung 11 auf Grundlage eines im Programm eingestellten Geschwindigkeitsbefehlswertes Fc durchführt.
Das Metallpulverzufuhrmengeneinstellelement 23 setzt eine Metallpulver-Zufuhrmenge Mout auf Grundlage der Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 und des tatsächlichen Abstands G vom Bearbeitungskopf 10 bis zur Oberfläche auf der das Metallpulver aufgesprüht wird. Die Methode zur Einstellung der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout wird nun erläutert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout, welche die Menge des Metallpulvers 5 angibt die tatsächlich vom Bearbeitungskopf 10 zur Verfügung gestellt wird, mittels Berechnen einer Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M auf Grundlage der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 eingestellt, und zu dieser Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M wird eine Metallpulver-Einstellmenge A addiert, die auf Grundlage des tatsächlichen Abstands G zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, eingestellt wird. Die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Mout = M + A (1)

Mout:: Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout > 0)
M:: Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge
A:: Metallpulver-Einstellmenge

Die Einstellung der Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M wird nun erläutert. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung der Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M relativ zur Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 zeigt. Die Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M ist ein Wert, welcher die Zufuhrmenge des Metallpulvers anzeigt, welche die tatsächliche Geschwindigkeit bevor die später beschriebene Metallpulver-Einstellmenge berücksichtigt wird widerspiegelt und wird nach der folgenden Formel berechnet. M = M0 + (Mc – M0) × (F/Fc) (2)

Mc:: Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert entsprechend dem Geschwindigkeitsbefehlswert Fc
M0:: Metallpulver-Zufuhrmenge im Falle, dass die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 0 ist
F:: Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes berechnet aus dem Geschwindigkeitsbefehlswert, der auf jeder Achse ausgegeben wird
Fc:: Geschwindigkeitsbefehlswert, der mittels des Programms bestimmt wird

Die Geschwindigkeit F ist ein Wert, der als die tatsächliche Geschwindigkeit des vorderen Endes des Bearbeitungskopfes 10, der den Laser 4 während dem Aussprühen des Metallpulvers 5 ausstrahlt (tatsächliche Geschwindigkeitsinformation), ausgehend von der vom numerischen Steuerelement 21 ausgegebenen Geschwindigkeitsbefehlswert auf jeder Achse berechnet wird. Wie in der Formel (2) gezeigt, ist die Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M ein Wert, bei dem die Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfes 10 in dem Wert des Geschwindigkeitsbefehlswertes Fc widergespiegelt wird und als ein Wert gemäß dem Wert der tatsächlichen Geschwindigkeit F berechnet wird.
Wie in 7 gezeigt, ist der Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc ein Wert, der so eingestellt ist, dass er dem Geschwindigkeitsbefehlswert Fc entspricht. Die Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfes 10 ist die Geschwindigkeit, die auf Grundlage der numerischen Ausgabewerte jedes Servomotors (nicht dargestellt) der Bearbeitungskopfbewegungsvorrichtung 11 eingestellt wird, beispielsweise als Ausgabewerte für die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse und ist ein Wert, der die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 angibt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird M0, was die Zufuhrmenge an Metallpulver in dem Fall, in dem die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 gleich 0 ist, anzeigt, im Vorfeld als ein Abbruch festgelegt und ein minimaler Klemmwert Mmin wird gesetzt. Der minimale Klemmwert Mmin ist größer als M0. In dem Fall, in dem die Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M nicht größer als der minimale Klemmwert Mmin ist, wird der minimale Klemmwert Mmin als Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M eingestellt.
Die Metallpulver-Einstellmenge A wird nun erläutert. 8 ist ein Graph, der die Beziehung der Metallpulver-Einstellmenge A relativ zu einer Differenz zwischen einem ideal angenommenen Abstand Gc vom Bearbeitungskopf 10 bis zur Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, und dem tatsächlichen Abstand G, der während der Bearbeitung auftritt, zeigt. Die Metallpulver-Einstellmenge A wird gemäß folgender Formel berechnet. A = Aadj × (G – Gc) (3)

Aadj:: Spur zur Bestimmung der Metallpulver-Einstellmenge A entsprechend der Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G und dem angenommenen Abstand Gc
G:: tatsächlicher Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Oberfläche, auf der Metallpulver aufgesprüht wird
Gc:: angenommener Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Oberfläche, auf der Metallpulver aufgesprüht wird

Wie in Formel (3) gezeigt, wird die Metallpulver-Einstellmenge A als Wert gemäß dem tatsächlichen Abstand G eingestellt, bei dem der tatsächliche Abstand G in der Praxis vom Bearbeitungskopf 10 bis zur Oberfläche der geschmolzenen Schicht 2 auf Grundlage einer vorgegebenen Spur Aadj widergespiegelt wird. Der tatsächliche Abstand G ist der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Oberfläche, auf welcher das Metallpulver aufgesprüht wird, der tatsächlich mittels des Spaltsensors 12 erfasst wird. Der angenommene Abstand Gc ist ein Abstand, der als idealer Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Oberfläche, auf welcher das Metallpulver aufgesprüht wird, eingestellt ist, und ist ein Wert, der im Vorfeld gemäß dem Programm gesetzt ist.
Aadj ist die Spur zur Bestimmung der Metallpulver-Einstellmenge A entsprechend der Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G und dem angenommenen Abstand Gc und wird im Vorfeld auf Grundlage der Beziehung der Metallpulverzufuhrmenge und dem Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der Metallpulver aufgesprüht wird, eingestellt. Die Metallpulver-Einstellmenge A, die der Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G und dem angenommenen Abstand Gc entspricht, wird unter Verwendung der Formel (3) berechnet.
Wie in 8 gezeigt, ist ein minimaler Klemmwert Amin und ein maximaler Klemmwert Amax jeweils für die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt. Im Falle der berechneten Metallpulver-Einstellmenge A, die unter den minimalen Klemmwert Amin fällt, wird dieser minimale Klemmwert Amin als die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt. Im Fall der berechneten Metallpulver-Einstellmenge A, die den maximalen Klemmwert Amax übersteigt, wird dieser maximale Klemmwert Amax als die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Bearbeitung zeigt, um die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout einzustellen. Wie in 9 gezeigt ist, erhält das Metallpulverzufuhrmengeneinstellelement 23 der Steuervorrichtung 20 den Geschwindigkeitsbefehlswert Fc des durch das Programm eingestellten Bearbeitungskopfes 10, wenn die Bearbeitung zum Einstellen der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout gestartet wird (Schritt S101). Als nächstes wird der Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc, der dem erfassten Geschwindigkeitsbefehlswert Fc entspricht, erfasst (Schritt S102).
Das Metallpulverzufuhrmengeneinstellelement 23 erfasst die Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfes 10 auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswertes, der von dem numerischen Steuerelement 21 an den Servomotor 15 jeder Achse ausgegeben wird. Diese Geschwindigkeit F ist die tatsächliche Geschwindigkeitsinformation des Bearbeitungskopfes 10, die mittels des tatsächlichen Servomotors 15 gesteuert wird, und die Verzögerung und Beschleunigung in der Geschwindigkeit spiegelt sich auch im Fall der Programmbefehlsroutenkrümmung, usw. wieder. Dann wird die Referenz-Metallpulverzufuhrmenge M auf der Grundlage der Geschwindigkeit F als die tatsächliche Geschwindigkeitsinformation und der Formel (2) (Schritt S103) berechnet.
Als nächstes wird der tatsächliche Abstand G zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, auf Grundlage des Erfassungswerts des Spaltsensors 12 (Schritt S104) erfasst, und die Metallpulver-Einstellmenge A auf Grundlage der Formel (3) berechnet (Schritt S105). Dann wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout auf Grundlage der in Schritt S103 berechneten Referenz-Metallpulver-Zufuhrmenge M und der in Schritt S105 berechnete Metallpulver-Einstellmenge A berechnet (Schritt S106).
Mittels der obigen Bearbeitung wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout als ein Wert berechnet, bei dem die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 widergespiegelt wird und die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Werkstücks 3, welches das Bearbeitungsziel ist, widergespiegelt wird und diese Metallpulver-Zufuhrmenge Mout wird vom Bearbeitungskopf 10 in der Praxis durch den Bearbeitungsvorgang zugeführt.
Als nächstes wird das Laserausgabesteuerelement 24, das eine Einstellung der Laserausgabe auf Grundlage der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout durchführt, erläutert. Das Laserausgabesteuerelement 24 setzt die optimale Laserausgabe entsprechend der Menge des tatsächlich zugeführten Metallpulvers 5.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der tatsächlich ausgegebene Laserausgabewert Pout über den eingestellten Laserausgabebefehlswert Pc eingestellt, der durch die den tatsächlichen Abstand G in der Praxis widerspiegelnde Laserausgabe-Einstellmenge B eingestellt wird. Der Laserausgabewert Pout kann durch die folgende Formel dargestellt werden. Pout = Pc + B (4)

Pout:: Laserausgabewert
B:: Laserausgabe-Einstellmenge

10 ist ein Graph, der die Beziehung der Laserausgabe-Einstellmenge B relativ zur Differenz zwischen dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc und der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout zeigt. Der Laserausgabewert Pout wird nach folgender Formel berechnet. Wie in Formel (5) gezeigt, wird der Laserausgabewert Pout so berechnet, dass die tatsächlich zugeführte Metallpulverzufuhrmenge widergespiegelt wird. B = Badj × (Mout – Mc) (5)

Badj: Spur zur Bestimmung der Laserausgabe-Einstellmenge B entsprechend der Differenz zwischen Metallpulver-Zufuhrmenge Mout und Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc
Mout: Metallpulver-Zufuhrmenge, welche tatsächlich zugeführt wird
Mc: Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert

Darüber hinaus ist es möglich, den Zusammenhang wie in der folgenden Formel gemäß Formel (4) und Formel (5) darzustellen: Pout = Pc + (Badj × (Mout – Mc)) (6)
Badj ist eine Spur zur Bestimmung der Laserausgabe-Einstellmenge B gemäß der Differenz zwischen der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout und dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc und wird im Vorfeld auf Grundlage der Beziehung zwischen der Metallpulver-Zufuhrmenge und der Laserausgabe eingestellt. Die Laserausgabe-Einstellmenge B wird auf Grundlage der Differenz zwischen der tatsächlich zugeführten Metallpulver-Zufuhrmenge Mout und dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc eingestellt. Daher wird selbst in einem Fall, in dem der Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc auf die Metallpulverzufuhrmenge Mout korrigiert wird, der Laserausgabewert Pout gemäß dieser korrigierten Metallpulverzufuhrmenge Mout eingestellt.
Wie in 10 gezeigt, wird der minimale Klemmwert Bmin und der maximale Klemmwert Bmax jeweils für die Laserausgabe-Einstellmenge B eingestellt. Im Fall, in dem die berechnete Laserausgabe-Einstellmenge B unter den minimalen Klemmwert Bmin fällt, wird dieser minimale Klemmwert Bmin als Laserausgabe-Einstellmenge B gesetzt. In dem Fall, in dem die berechnete Laserausgabe-Einstellmenge B den maximalen Klemmwert Bmax überschreitet, wird dieser maximale Klemmwert Bmax als die Laserausgabe-Einstellungsmenge B eingestellt.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Bearbeitung zeigt, um den Laserausgabewert Pout einzustellen. Der Ablauf der Bearbeitung zur Einstellung des Laserausgabewertes Pout wird erläutert.
Wie in 11 gezeigt, wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout, die zuerst tatsächlich zugeführt wird, in der Bearbeitung erfasst, um den Laserausgabewert Pout einzustellen (Schritt S201). Als nächstes wird die Laserausgabe-Einstellmenge B auf Grundlage der Formel (5) aus dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc und der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout berechnet (Schritt S202). Dann wird der Laserausgabewert Pout auf Grundlage der Laserausgabe-Einstellmenge B berechnet, die bei der Bearbeitung von Schritt S202 und Formel (4) berechnet wird (Schritt S203).
Gemäß dem additiven Fertigungsbearbeitungsverfahren der oben erläuterten Ausführungsform werden die folgenden Effekte ausgeübt. Insbesondere weist das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren auf: einen Einstellschritt zum Einstellen des Geschwindigkeitsbefehlswertes Fc, der die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 angibt, und des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes Mc, der die Zufuhrmenge des Metallpulvers 5 gemäß dem Geschwindigkeitsbefehlswerts Fc angibt (Schritte S101 bis S102); einen Erfassungsschritt zum Erfassen sowohl der Geschwindigkeit F, welche die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 angibt, bei der dieser tatsächlich bewegt wird, als auch den tatsächlichen Abstand G, der den tatsächlichen Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, angibt (Schritte S103 bis S105); und einen Zufuhrmengenberechnungsschritt zum Berechnen der Metallpulverzufuhrmenge Mout durch Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes Mc auf Grundlage der Geschwindigkeit F und des tatsächlichen Abstands G, so dass die Programmbefehlsroute und die bearbeitete Oberfläche übereinstimmen (Schritt S106).
Hierdurch ist es möglich, ein hochpräzises additiv gefertigtes Produkt zu erhalten, da die Zufuhrmenge des auf das Werkstück 3 aufgesprühten Metallpulvers 5 entsprechend der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 und dem tatsächlich gemessenen Abstand (tatsächlicher Abstand G) zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird eingestellt wird, so dass die Programmbefehlsroute und die bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.
Der minimale Klemmwert Mmin wird im Vorfeld als die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout eingestellt, und im Fall, dass die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout, die auf Grundlage der Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfes 10 berechnet wird, bei der tatsächlichen Bewegung unter den minimalen Klemmwert Mmin fällt, wird der minimale Klemmwert Mmin auf die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout eingestellt.
Es ist dadurch möglich, eine Situation zuverlässig zu verhindern, in der die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout nicht die erforderliche Menge aufgrund der Geschwindigkeit F, welche die zu einem niedrigen Wert werdende tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit widerspiegelt, bereitstellt, und es ist möglich, sowohl die Konsistenz zwischen der Programmbefehlsroute und der bearbeiteten Oberfläche, also auch die Stabilisierung der Zufuhrmenge der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout zu erreichen.
Im Zufuhrmengenberechnungsschritt, der den Berechnungsschritt für die Metallpulverzufuhrmenge (Schritt S105) zum Berechnen der Metallpulver-Einstellmenge A gemäß der Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G, der in dem Erfassungsschritt erfasst wurde, und dem idealen Abstand Gc, der im Vorfeld eingestellt wurde, aufweist, wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout unter Verwendung der Metallpulver-Einstellmenge A berechnet.
Es ist somit möglich, den tatsächlichen Zustand bei der Berechnung der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout mit hoher Genauigkeit bei einfacher Bearbeitung zu berücksichtigen, indem die Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G und dem idealen Abstand Gc verwendet wird.
Der minimale Klemmwert Amin und der maximale Klemmwert Amax werden im Vorfeld für die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt, und im Falle der Metallpulver-Einstellmenge A, die unter den minimalen Klemmwert Amin fällt, wird der minimale Klemmwert Amin als der Wert für die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt, und im Fall der Metallpulver-Einstellmenge A, die den maximalen Klemmwert Amax übersteigt, wird der maximale Klemmwert Amax als die Metallpulver-Einstellmenge A eingestellt.
Hierdurch ist es möglich, eine Situation zuverlässig zu vermeiden, in der die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout von dem geeigneten Bereich abweicht, ohne dass der Metallpulver-Einstellmenge A auch in einem Fall der Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand G und dem idealen Abstand Gc übermäßig zu groß oder zu klein gesetzt wird.
Das additive Fertigungsbearbeitungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Laserausgabe-berechnungsschritt (Schritte S201 bis S203) zum Berechnen des Laserausgabewertes Pout mittels Korrigieren des Laserausgabe-befehlswertes Pc, der im Vorfeld gemäß der Metallpulverzufuhrmenge Mout, die im Zufuhrmengen-berechnungsschritt berechnet wird, eingestellt wird.
Es ist dadurch möglich, die Präzision der additiven Fertigung stark zu verbessern, da die Laserausgabe einen Wert in Übereinstimmung mit der Metallpulverzufuhrmenge Mout annimmt, welche gemäß den tatsächlichen Bedingungen eingestellt wurde.
Im Laserausgabeberechnungsschritt, der den Lasereinstellmengenberechnungsschritt (Schritt S202) zum Berechnen des Laserausgabeeinstellungsmenge B gemäß der Differenz zwischen der Metallpulverzufuhrmenge Mout, im Zufuhrmengenberechnungsschritt berechnet und dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc, enthält, wird der Laserausgabewert Pout mit der Laserausgabeeinstellungsmenge B berechnet.
Durch die Verwendung der Differenz zwischen der Metallpulverzufuhrmenge Mout und dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc ist es somit möglich, die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout tatsächlich in der Laserausgabe mit guter Genauigkeit durch einfache Bearbeitung widerzuspiegeln.
Der minimale Klemmwert Bmin und der maximale Klemmwert Bmax werden im Vorfeld für die Laserausgabe-Einstellmenge B eingestellt, und im Fall, dass die Laserausgabe-Einstellmenge B unter den minimalen Klemmwert Bmin fällt, wird der minimale Klemmwert Bmin als der Wert der Laserausgabe-Einstellmenge B gesetzt und im Fall, dass die Laserausgabe-Einstellmenge B den maximalen Klemmwert Bmax übersteigt, wird der maximale Klemmwert Bmax als die Laserausgabe-Einstellungsmenge B eingestellt.
Hierdurch ist es möglich, eine Situation zuverlässig zu verhindern, in der die Laserleistung übermäßig ansteigt oder übermäßig abnimmt und so die additive Fertigung nicht adäquat durchgeführt werden kann, ohne dass dabei die Laserausgabe-Einstellungsmenge B übermäßig eingestellt wird, selbst bei Fällen, bei denen ein Unterschied zwischen der Metallpulver-Zufuhrmenge Mout und dem Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc zu groß oder zu klein wird.
Zusätzlich enthält die additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform den Bearbeitungskopf 10, der den Laser 4 unter Zufuhr des Metallpulvers 5 ausstrahlt, und die Steuervorrichtung 20, welche den Geschwindigkeitsbefehlswert Fc festlegt, der die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 und den Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc angibt, welche die Zufuhrmenge des Metallpulvers 5 angibt, die dem Geschwindigkeitsbefehlswert Fc entspricht. Dann erfasst die Steuervorrichtung 20 die Geschwindigkeit F, welche die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 angibt, bei der er tatsächlich bewegt wird, und der tatsächliche Abstand G, welcher den Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche anzeigt, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, und dann wird die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout durch Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes Mc auf Grundlage der Geschwindigkeit F und dem tatsächlichen Abstand G berechnet, so dass die Programmbefehlsroute und die bearbeitete Oberfläche übereinstimmen. Gemäß dieser Ausgestaltung wird, da die Zufuhrmenge des auf das Werkstück 3 aufgesprühten Metallpulvers 5 entsprechend der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 und dem tatsächlich gemessenen Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, so eingestellt, dass die Programmbefehlsroute und die bearbeitete Oberfläche übereinstimmen, wodurch es möglich ist, ein hochpräzises additiv gefertigtes Produkt zu erhalten.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben erläutert worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnte Ausführungsform beschränkt und es sind gegebenenfalls Modifikationen möglich.
Die oben erwähnte Ausführungsform ist eine Ausgestaltung, welche die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout berechnet, indem der Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert Mc auf Grundlage der Geschwindigkeit F als die tatsächliche Geschwindigkeitsinformation und dem tatsächlichen Abstand G als die tatsächliche Abstandsinformation korrigiert; sie ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout auf Grundlage der Geschwindigkeit F zu berechnen, indem die Bearbeitung zum Berechnen der Metallpulver-Einstellmenge A ausgelassen wird, und die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout auf Grundlage des tatsächlichen Abstands G berechnet wird, indem die Bearbeitung zum Berechnen der Geschwindigkeit F weggelassen wird und die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout berechnet wird. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Ausgestaltung zu erschaffen, welche die Metallpulver-Zufuhrmenge Mout auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation, welche die Geschwindigkeit eines Bearbeitungselements widerspiegelt bei dem tatsächlich eine Bewegung stattfindet, oder basierend auf einer tatsächlichen Abstandsinformation, die den tatsächlichen Abstand zwischen dem Bearbeitungselement und der Oberfläche, auf der Metallpulver aufgesprüht wird, berechnet. Zusätzlich berechnet die oben erwähnte Ausführungsform den Laserausgabewert Pout auf Grundlage der Metallpulverzufuhrmenge Mout; es ist jedoch auch möglich, die Bearbeitung auszulassen, um den Laserausgabewert basierend auf der Metallpulverzufuhrmenge Mout einzustellen.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird zwar der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, als der tatsächliche Abstand G vom vorderen Ende des Bearbeitungskopfes 10 bis zu der Oberfläche, auf der das Metallpulver gesprüht wird, definiert. Solange die tatsächliche Abstandsinformation als eine Positionsbeziehung zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver gesprüht werden kann, verstanden werden kann, können die Referenzpositionen zur Messung des Abstandes entsprechend der Situation entsprechend modifiziert werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird die Geschwindigkeit F auf der Grundlage des Befehls vom numerischen Steuerelement 21 berechnet; Es kann aber auch ausgestaltet sein, die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 10 durch ein anderes Verfahren zu erfassen.
Obwohl die obige Ausführungsform eine Ausgestaltung darstellt, die den tatsächlichen Abstand G mittels dem als Abstandserfassungselement dienenden Spaltsensor 12 berechnet, kann das Verfahren zum Erfassen des Abstands zwischen dem Bearbeitungskopf 10 und der Oberfläche, auf der das Metallpulver aufgesprüht wird, entsprechend der jeweiligen Situation angepasst werden.
Die oben erwähnte Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Steuereinrichtung 20 beiden Zwecken einer Lasersteuereinrichtung und einer numerischen Steuerung dient; Es ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Es ist auch möglich, die Lasersteuerung und die numerische Steuerung jeweils als unabhängige Geräte auszugestalten. Zusätzlich kann sie so ausgestaltet sein, dass sie den Bearbeitungskopf 10 mittels eines anderen Verfahrens der numerischen Steuerung steuert.
Bezugszeichenliste

1: additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung
2: geschmolzene Schicht
4: Laser
5: Metallpulver
10: Bearbeitungskopf (Bearbeitungselement)
20: Steuervorrichtung
A: Metallpulver-Einstellmenge
Amax: Maximaler Klemmwert (Einstellmengen-Maximalwert)
Amin: Minimaler Klemmwert (Einstellmengen-Minimalwert)
B: Laserausgabe-Einstellmenge
Bmax: Maximaler Klemmwert (Einstellmengen-Maximalwert)
Bmin: minimaler Klemmwert (Einstellmengen-Minimalwert)
F: Geschwindigkeit (tatsächliche Geschwindigkeitsinformation)
G: tatsächlicher Abstand (tatsächliche Abstandsinformation)
Fc: Geschwindigkeitsbefehlswert
Mout: Metallpulverzufuhrmenge
Mc: Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert
Mmin: Minimaler Klemmwert (Zufuhrmengen-Minimalwert)
Pc: Laserausgabebefehlswert
Pout: Laserausgabewert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2798281 [0002]
JP 2006-200030 [0002]

Claims

Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren zum Durchführen einer additiven Fertigung mittels Bewegen eines Bearbeitungselements (10), welches einen Laser (4) ausstrahlt, während ein Metallpulver (5) zugeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einstellen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes (Fc), der eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) angibt, und eines sich mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert (Fc) deckenden Metallpulverzufuhrmengenbefehlswerts (Mc), der eine Zufuhrmenge des Metallpulvers (5) angibt; Erfassen der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F), welche die Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) widerspiegelt, bei der es tatsächlich bewegt wird, oder einer tatsächlichen Abstandsinformation (G), die einen tatsächlichen Abstand zwischen dem Bearbeitungselement (10) und einer Oberfläche angibt, auf welcher das Metallpulver (5) aufgesprüht wird, oder der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F) und der tatsächlichen Abstandsinformation (G); und Berechnen einer Metallpulverzufuhrmenge (Mout) durch Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswerts (Mc) auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F) und/oder der tatsächlichen Abstandsinformation (G), so dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Zufuhrmengen-Minimalwert (Mmin) im Vorfeld für die Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout) eingestellt wird, und wobei der Zufuhrmengen-Minimalwert (Mmin) für die Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout) eingestellt wird, wenn die auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformation (F) berechnete Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout) unter den Zufuhrmengen-Minimalwert (Mmin) fällt.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Schritt des Berechnens einer Metallpulver-Einstellmenge (A) in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der tatsächlichen Abstandsinformation (G), die im Schritt des Erfassens erfasst wurde, und der Abstandsinformation (Gc), die im Vorfeld eingestellt wurde, wobei die Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout) im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge unter Verwendung der Metallpulver-Einstellmenge (A) berechnet wird.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, wobei ein Einstellmengen-Minimalwert (Amin) und ein Einstellmengen-Maximalwert (Amax) im Vorfeld für die Metallpulver-Einstellmenge (A) eigestellt werden, wobei der Einstellmengen-Minimalwert (Amin) als die Metallpulver-Einstellmenge (A) eingestellt wird, wenn die Metallpulver-Einstellmenge (A) unter den Einstellmengen-Minimalwert (Amin) fällt, und wobei der Einstellmengen-Maximalwert (Amax) als die Metallpulver-Einstellmenge (A) in einem Fall eingestellt wird, in dem die Metallpulver-Einstellmenge (A) den Einstellmengen-Maximalwert (Amax) überschreitet.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Schritt des Berechnens eines Laserausgabewertes (Pout) mittels Korrigieren des Laserausgabebefehlswertes (Pc), der im Vorfeld in Übereinstimmung mit der im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge berechneten Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout) eingestellt wurde.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Schritt des Berechnens einer Laserausgabe-Einstellmenge (B) in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der Metallpulver-Zufuhrmenge (Mout), die im Schritt des Berechnens der Metallpulver-Zufuhrmenge berechnet wurde und des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes (Mc), wobei der Laserausgabewert (Pout) im Schritt des Berechnens der Laserausgabe unter Verwendung der Laserausgabe-Einstellmenge (B) berechnet wird.
Additives Fertigungsbearbeitungsverfahren nach Anspruch 6, wobei für die Laserausgabe-Einstellmenge (B) ein Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert (Bmin) und ein Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert (Bmax) im Vorfeld festgelegt wird, wobei der Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert (Bmin) als Laserausgabe-Einstellmenge (B) in einem Fall eingestellt wird, in dem die Laserausgabe-Einstellmenge (B) unter den Ausgabe-Einstellmengen-Minimalwert (Bmin) fällt und wobei der Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert (Bmax) als die Laserausgabe-Einstellmenge (B) eingestellt wird, wenn die Laserausgabe-Einstellmenge (B) den Ausgabe-Einstellmengen-Maximalwert (Bmax) überschreitet.
Additive Fertigungsbearbeitungsvorrichtung aufweisend: ein Bearbeitungselement (10), das einen Laser (4) beim Zuführen von Metallpulver (5) ausstrahlt; und eine Steuervorrichtung, die einen eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) angebende Geschwindigkeitsbefehlswert (Fc), und einen Metallpulverzufuhrmengenbefehlswert (Mc), der eine sich mit dem Geschwindigkeitsbefehlswert (Fc) deckende Zufuhrmenge des Metallpulvers (5) angibt, festlegt, wobei die Steuervorrichtung eine tatsächliche Geschwindigkeitsinformation (F), die eine Geschwindigkeit des Bearbeitungselements (10) bei der tatsächlichen Bewegung widerspiegelt, eine tatsächliche Abstandsinformation (G), die eine tatsächliche Distanz zwischen dem Bearbeitungselement (10) und einer Oberfläche auf welcher das Metallpulver (5) aufgesprüht wird, oder die tatsächliche Geschwindigkeitsinformation (F) und die tatsächliche Abstandsinformation (G), erfasst und eine Metallpulverzufuhrmenge (Mout) mittels Korrigieren des Metallpulverzufuhrmengenbefehlswertes (Mc) auf Grundlage der tatsächlichen Geschwindigkeitsinformationen (F) und/oder der tatsächlichen Abstandsinformation (G) berechnet, so dass eine Programmbefehlsroute und eine bearbeitete Oberfläche übereinstimmen.