DE102018007217A1

DE102018007217A1 - Düse und Vorrichtung zur additiven Fertigung

Info

Publication number: DE102018007217A1
Application number: DE102018007217.8A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ohno; Satoshi TSUNO; Mitsuo Sasaki; Tomohiko YAMADA; Yasutomo Shiomi; Shimpei FUJIMAKI
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Machine Co Ltd; Technology Research Association for Future Additive Manufacturing (TRAFAM)
Current assignee: Toshiba Corp; Technology Research Association for Future Additive Manufacturing (TRAFAM); Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US10843408B2; US11534968B2; JP6942014B2; CN109550948B; CN112719308A; JP2019059114A; US20210039314A1; US20190091926A1; CN112719308B; CN109550948A

Abstract

Eine Düse (34) gemäß einer Ausführungsform hat eine Innenoberfläche (75) und eine Außenoberfläche (81) und ist mit einem ersten Durchgang (42), durch welchen ein Energiestrahl (L) durchläuft, und einem zweiten Durchgang (43), der zwischen der Innenoberfläche (75) und der Außenoberfläche (81) vorgesehen ist und durch den Pulver (3) und Fluid (G) durchläuft, vorgesehen. Der zweite Durchgang (43) umfasst ein zweites offenes Ende (43a) an einem Ende davon in einer ersten Richtung. Eine erste Oberfläche (75), welches eine von der Innenoberfläche (75) und der Außenoberfläche (81) ist, umfasst einen ersten Rand (75a) an einem Ende davon in der ersten Richtung. Eine zweite Oberfläche (81), welche die andere von denen ist, die einen zweiten Rand (81a) an einem Ende davon in der ersten Richtung umfassen, und ist von dem ersten Rand (75a) in Richtung der ersten Richtung beabstandet. Das Fluid (G), das von dem zweiten Öffnungsende (43a) ausgestoßen wird, strömt entlang der zweiten Oberfläche (81) und trennt sich an dem zweiten Rand (81a).

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht Vorteil einer Priorität von der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017 - 185420 , die am 26. September 2017 eingereicht wurde, deren Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
GEBIET
Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, beziehen sich im Allgemeinen auf eine Düse und eine Vorrichtung zur additiven Fertigung.
HINTERGRUND
Bekannt war eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die Pulvermaterial von einer Düse zuführt, während das Material durch Bestrahlen des Materials mit einem Laserstrahl verfestigt wird, und dadurch eine Schicht oder Lage eines verfestigten Materials ausbildet. Durch Ausbilden von Schichten verfestigten Materials wird ein Fertigungsgegenstand mit einer dreidimensionalen Form additiv gefertigt. Ein Beispiel aus dem Stand der Technik ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2015-178191 offenbart.
Obwohl das Material, das durch die Düse zugeführt wird, an einer Verarbeitungsstelle, die mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, zusammenläuft, wird das Material mitunter verstreut, wenn das Material von der Öffnung der Düse ausgestoßen wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Düse eine Düseneinheit. Die Düseneinheit hat eine Innenoberfläche, die einer Außenseite einer Achse in einer Radialrichtung zugewandt ist, und eine Außenoberfläche, die der Innenoberfläche mit einem Raum dazwischen in der Radialrichtung zugewandt ist, und die mit einem ersten Durchgang vorgesehen ist, welcher von der Innenoberfläche an einer Innenseite in der Radialrichtung beabstandet ist, welcher sich entlang der Achse erstreckt und durch welchen ein Energiestrahl durchläuft, und mit einem zweiten Durchgang, welcher zwischen der Innenoberfläche und der Außenoberfläche vorgesehen ist und durch welchen Pulver und Fluid durchläuft. Der erste Durchgang umfasst ein erstes offenes Ende, welches sich an einem Ende des ersten Durchgangs in einer ersten Richtung entlang der Achse befindet und welches sich zu der Außenseite des ersten Durchgangs öffnet. Der zweite Durchgang umfasst ein zweites offenes Ende, welches sich an einem Ende des zweiten Durchgangs in der ersten Richtung befindet, welches an einer Außenseite in der Radialrichtung weiter von der Achse beabstandet ist als das erste offene Ende, und welches sich zu der Außenseite des zweiten Durchgangs öffnet. Eine erste Oberfläche, welche die Innenoberfläche oder die Außenoberfläche ist, umfasst einen ersten Rand, welcher sich an einem Ende der ersten Oberfläche in der ersten Richtung befindet. Eine zweite Oberfläche, welche die andere von der Innenoberfläche oder der Außenoberfläche ist, umfasst einen zweiten Rand, welcher sich an einem Ende der zweiten Oberfläche in der ersten Richtung befindet und welcher von dem ersten Rand an einer Seite zu der ersten Richtung in einer Richtung entlang der Achse beabstandet ist. Die Düseneinheit lässt das Fluid, das von dem zweiten offenen Ende ausgestoßen wird, entlang der zweiten Oberfläche strömen, um sich an dem zweiten Rand abzulösen und sich von der Düseneinheit zu entfernen.
Figurenliste

1 ist eine beispielhafte schematische allgemeine Abbildung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse und einen Teil eines Gegenstands gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
3 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
4 ist eine beispielhafte schematische Darstellung, die ein Beispiel des Ablaufs eines Fertigungsprozesses, der durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, allgemein darstellt,
5 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse und einen Teil eines Gegenstandes gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt, und
6 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform wird nun mit Bezug zu den 1 bis 4 erklärt werden. Grundsätzlich ist hier in der Beschreibung eine vertikale Aufwärtsrichtung als eine Aufwärtsrichtung definiert, und eine vertikale Abwärtsrichtung als eine Abwärtsrichtung definiert. Zudem werden hier in der Beschreibung mitunter eine Vielzahl von Ausdrücken für ein Bauteil gemäß der Ausführungsform oder für eine Erklärung des Bauteils verwendet. Außerdem können für ein Bauteil oder eine Erklärung, für welches/welche eine Vielzahl von Ausdrücken verwendet werden, Ausdrücke verwendet werden, die anders sind als die hier Erwähnten. Zudem können für ein Bauteil und eine Erklärung des Bauteils, für welches/welche eine Vielzahl von Ausdrücken nicht verwendet werden die Ausdrücke verwendet werden, die anders sind als die hier Erwähnten.
1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein 3D-Drucker, der Lasermaterialauftrag verwendet. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 fertigt additiv einen Fertigungsgegenstand 4, der eine vorbestimmte Form aufweist, beispielsweise durch Ablegen von Schichten eines Pulvermaterials 3 auf einen Gegenstand 2. Das Material 3 ist ein Beispiel eines Pulvers. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 ein Verarbeitungsbecken 11, eine Stufe 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, eine optische Vorrichtung 15, eine Messvorrichtung 16, eine Steuervorrichtung 18 und eine Vielzahl von Signalleitungen 19.
In dieser Beschreibung sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse wie in den Abbildungen dargestellt definiert. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse schneiden einander senkrecht. Die Z-Achse liegt beispielsweise entlang einer Vertikalrichtung. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 kann auf solch eine Weise positioniert werden, dass die Z-Achse sich bezüglich der Vertikalrichtung neigt.
Das Material 3 wird von der Düsenvorrichtung 14 zugeführt und in Schichten bzw. Lagen auf dem Gegenstand 2 abgelegt. Das Material 3 ist beispielsweise thermoplastisches Harzpulver. Das Material 3 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt und kann jedes andere Material sein wie zum Beispiel eine andere Art von Kunstharz, Metall oder Keramik. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 kann den Fertigungsgegenstand 4 unter Verwendung einer Vielzahl von Arten von Materialien 3 additiv fertigen.
Der Gegenstand 2 ist ein Gegenstand, zu welchem das Material 3 von der Düsenvorrichtung 14 zugeführt wird. Der Gegenstand 2 umfasst eine Basis 2a und eine Schicht 2b. Die Basis 2a wird aus einem Material hergestellt, welches das gleiche ist, wie das Material 3. Die Basis 2a kann außerdem aus jedem anderen Material hergestellt werden. Die Basis 2a hat eine plattenartige Form und wird auf der Stufe 12 platziert. Die Schicht 2b wird aus dem Material 3 hergestellt, das von der Düsenvorrichtung 14 zugeführt wird, und wird in Schichten auf der Oberseite der Basis 2a abgelegt.
Das Verarbeitungsbecken 11 ist mit einer Hauptkammer 21 und einer Nebenkammer 22 vorgesehen. Die Stufe 12, die Bewegungsvorrichtung 13, ein Teil der Düsenvorrichtung 14 und die Messvorrichtung 16 sind innerhalb der Hauptkammer 21 angeordnet. Die Nebenkammer 22 ist angrenzend an die Hauptkammer 21 vorgesehen.
Eine Tür 23 ist zwischen der Hauptkammer 21 und der Nebenkammer 22 vorgesehen. Wenn die Tür 23 geöffnet wird, stehen die Hauptkammer 21 und die Nebenkammer 22 miteinander in Verbindung, und wenn die Tür 23 geschlossen wird, sind die Hauptkammer 21 und die Nebenkammer 22 voneinander getrennt. Die Hauptkammer 21 kann luftdicht verschlossen sein, wenn die Tür 23 geschlossen ist.
Die Hauptkammer 21 wird mit einem Einlass 21a und einem Auslass 21b vorgesehen. Eine Gaszufuhr, die sich beispielsweise außerhalb des Verarbeitungsbeckens 11 befindet, führt Inertgas, zum Beispiel Stickstoff oder Argon, durch den Einlass 21a in die Hauptkammer 21 zu. Eine Gasauslassvorrichtung, die sich beispielsweise außerhalb des Verarbeitungsbeckens 11 befindet, lässt Gas von der Hauptkammer 21 durch den Auslass 21b aus. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 kann in der Hauptkammer 21 durch Auslassen von Gas von der Hauptkammer 21 durch den Auslass 21b Vakuum erreichen.
Eine Fördervorrichtung 24 ist von der Hauptkammer 21 zu der Nebenkammer 22 vorgesehen. Die Fördervorrichtung 24 fördert den Fertigungsgegenstand 4, der in der Hauptkammer 21 verarbeitet wurde, zu der Nebenkammer 22. In anderen Worten wird der Fertigungsgegenstand 4, der in der Hauptkammer 21 verarbeitet wurde, in der Nebenkammer 22 aufgenommen. Nachdem der Fertigungsgegenstand 4 in der Nebenkammer 22 aufgenommen wird, wird die Tür 23 geschlossen und die Nebenkammer 22 und die Hauptkammer 21 werden voneinander getrennt.
Die Stufe 12 trägt den Gegenstand 2. Die Stufe 12 trägt außerdem den additiv gefertigten Gegenstand 4. Die Bewegungsvorrichtung 13 bewegt die Stufe 12 in die drei Achsrichtungen, die sich einander beispielsweise senkrecht schneiden. Zudem kann die Bewegungsvorrichtung 13 die Stufe 12 um zwei Achsen rotieren, die sich einander senkrecht schneiden.
Die Düsenvorrichtung 14 führt das Material 3 auf den Gegenstand 2 zu, der auf der Stufe 12 platziert ist. Ein Laserstrahl L wird von der Düsenvorrichtung 14 an das ausgegebene Material 3 und den auf der Stufe 12 platzierten Gegenstand 2 ausgegeben. Der Laserstrahl L ist ein Beispiel eines Energiestrahls.
Der Laserstrahl L wird von der Düsenvorrichtung 14 parallel mit dem Zuführen des Materials 3 ausgegeben. Ohne Begrenzung auf den Laserstrahl L kann jeder andere Energiestrahl von der Düsenvorrichtung 14 ausgegeben werden. Der Energiestrahl kann jeder Energiestrahl sein, solange der Strahl das Material schmelzen oder sintern kann, wie der Laserstrahl L es kann, und kann beispielsweise ein Elektronenstrahl oder eine elektromagnetische Welle innerhalb der Bereiche von Mikrowellen bis ultravioletter Strahlung sein.
Die Düsenvorrichtung 14 umfasst eine Materialzufuhrvorrichtung 31, eine Fluidzufuhrvorrichtung 32, eine Düse 34, ein Materialzufuhrrohr 35, ein Fluidzufuhrrohr 36 und einen Bewegungsmechanismus 38. Die Materialzufuhrvorrichtung 31 ist ein Beispiel einer Zufuhrvorrichtung. Die Düse 34 ist ein Beispiel einer Düse und einer Düseneinheit.
Die Materialzufuhrvorrichtung 31 umfasst einen Tank 31a und eine Materialzufuhreinheit 31b. Der Tank 31a speichert darin das Material 3. Die Materialzufuhreinheit 31b führt das Material 3 in den Tank 31a an die Düse 34 durch das Materialzufuhrrohr 35 zu. In anderen Worten kann die Materialzufuhreinheit 31b das Material 3 auf den Gegenstand 2 von der Düse 34 zuführen.
Die Materialzufuhreinheit 31b führt das Material 3 in der Düse 34 beispielsweise mit Trägergas zu. Das Trägergas ist Inertgas wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon. Auf diese Weise umfasst die Materialzufuhreinheit 31b beispielsweise einen Tank, der darin das Trägergas speichert, eine Pumpe, die das Trägergas in dem Tank an das Materialzufuhrrohr 35 zuführt, und eine Vorrichtung, die das Material 3 von dem Tank 31a in die Strömung des Trägergases zuführt. Die Materialzufuhreinheit 31b kann das Material 3 in die Düse 34 unter Verwendung jedes anderen Mittels zuführen.
Die Fluidzufuhrvorrichtung 32 umfasst eine Fluidzufuhreinheit 32a. Die Fluidzufuhreinheit 32a führt Spülgas, das ein Fluid ist, über das Fluidzufuhrrohr 36 an die Düse 34 zu. Das Spülgas ist Inertgas wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon. Auf diese Weise umfasst die Fluidzufuhreinheit 32a beispielsweise einen Tank, der darin Spülgas speichert, und eine Pumpe, die das Spülgas in dem Tank an das Fluidzufuhrrohr 36 zuführt.
2 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse 34 und einen Teil des Gegenstands 2 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 3 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse 34 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in den 2 und 3 dargestellt ist die Düse 34 innerhalb der Hauptkammer 21 angeordnet und hat eine im Wesentlichen rohrförmige Form, die sich entlang der Mittelachse Ax erstreckt. Die Mittelachse Ax ist ein Beispiel einer Achse und erstreckt sich entlang der Z-Achse. Die Mittelachse Ax kann sich außerdem diagonal bezüglich der Z-Achse erstrecken.
Eine Spitze bzw. ein Außenende 34a der Düse 34 ist mit einem Raum dazwischen zu dem Gegenstand 2 gerichtet. Die Spitze 34a ist ein Ende der Düse 34 in der negativen Richtung der Z-Achse (die Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil, der die Z-Achse bezeichnet; die Abwärtsrichtung in 2). Die negative Richtung der Z-Achse ist eine Richtung entlang der Mittelachse Ax und ist ein Beispiel einer ersten Richtung.
Die Düse 34 ist mit einem Durchgang 41, einem Strahlausgabeweg 42 und einem Ausstoßweg 43 vorgesehen. Der Durchgang 41 ist ein Beispiel eines dritten Durchgangs. Der Strahlausgabeweg 42 ist ein Beispiel eines ersten Durchgangs. Der Ausstoßweg 34 ist ein Beispiel eines zweiten Durchgangs.
Der Durchgang 41 ist ein Loch, das sich entlang der Mittelachse Ax erstreckt, und einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der Innendurchmesser des Durchgangs 41 wird in Richtung der Spitze 34a kleiner. Der Durchgang 41 hat eine Öffnung 41a. Die Öffnung 41a ist ein Beispiel eines dritten offenen Endes. Die Öffnung 41a befindet sich an einem Ende des Durchgangs 41 in der negativen Richtung der Z-Achse. Die Öffnung 41a bildet einen Abschnitt, in dem der Durchgang 41 sich zu der Außenseite der Düse 34 öffnet, an der Spitze 34a der Düse 34.
Der Durchgang 41 steht mit dem Strahlausgabeweg 42 und dem Ausstoßweg 43 in Verbindung. In anderen Worten vereinigen sich der Strahlausgabeweg 42 und der Ausstoßweg 43 miteinander in den Durchgang 41. Der Strahlausgabeweg 42 und der Ausstoßweg 43 sind nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Der Strahlausgabeweg 42 ist innerhalb der Düse 34 vorgesehen und ist ein Loch, das einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und sich in der Mittelachse Ax erstreckt. Der Innendurchmesser des Strahlausgabewegs 42 wird in Richtung der Spitze 34a kleiner. Der Innendurchmesser des Strahlausgabewegs 42 kann außerdem konstant bleiben.
Der Strahlausgabeweg 42 hat eine Strahlausgabeöffnung 42a. Die Strahlausgabeöffnung 42a ist ein Beispiel eines ersten offenen Endes. Die Strahlausgabeöffnung 42a befindet sich auf einem Ende des Strahlausgabewegs 42 in der negativen Richtung der Z-Achse. Die Strahlausgabeöffnung 42a öffnet sich zu der Außenseite des Strahlausgabewegs 42 und steht mit dem Durchgang 41 in Verbindung. Der Laserstrahl L durchläuft den Strahlausgabeweg 42 und tritt in den Durchgang 41 durch die Strahlausgabeöffnung 42a ein.
Der Strahlausgabeweg 42 steht mit dem Fluidzufuhrrohr 36, das in 1 dargestellt ist, in Verbindung. Diese Konfiguration lässt die Fluidzufuhreinheit 32a Spülgas in den Strahlausgabeweg 42 über das Fluidzufuhrrohr 36 zuführen. Das Spülgas durchläuft den Strahlausgabeweg 42 zusammen mit dem Laserstrahl L und wird an den Durchgang 41 über die Strahlausgabeöffnung 42a ausgestoßen.
Der Ausstoßweg 43 ist innerhalb der Düse 34 vorgesehen und ist ein Loch, das sich entlang der Mittelachse Ax erstreckt und einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt aufweist. Der Ausstoßweg 43 ist von der Mittelachse Ax weiter beabstandet als der Strahlausgabeweg 42 an der Außenseite der Mittelachse Ax in der Radialrichtung und ist auf eine Weise vorgesehen, sodass er den Strahlausgabeweg 42 umgibt. Die Radialrichtung ist eine Richtung, die sich senkrecht mit der Mittelachse Ax schneidet.
Der Ausstoßweg 43 hat eine Ausstoßöffnung 43a. Die Ausstoßöffnung 43a ist ein Beispiel eines zweiten offenen Endes. Die Ausstoßöffnung 43a befindet sich an einem Ende des Ausstoßwegs 43 in der negativen Richtung der Z-Achse. Die Ausstoßöffnung 43a öffnet sich zu der Außenseite des Ausstoßwegs 43 und steht mit dem Durchgang 41 in Verbindung.
Der Ausstoßweg 43 steht mit dem Materialzufuhrrohr 35, das in 1 dargestellt ist, in Verbindung. Deshalb führt die Materialzufuhreinheit 31b Trägergas G und das Material 3 in den Ausstoßpfad 43 über das Materialzufuhrrohr 35 zu. Das Trägergas G ist ein Beispiel eines Fluids. Wie in 3 durch den Pfeil bezeichnet durchläuft das Trägergas G und das Material 3, das durch die Materialzufuhreinheit 31b zugeführt wurde, den Ausstoßweg 43 und wird zu dem Durchgang 41 über die Ausstoßöffnung 43a ausgetragen.
Wie oben beschrieben wird der Laserstrahl L an den Durchgang 41 über die Strahlausgabeöffnung 42a ausgestoßen und das Trägergas G und das Material 3 werden an den Durchgang 41 über die Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen. Der Laserstrahl L, das Trägergas G und das Material 3 durchlaufen den Durchgang 41 und gehen von der Öffnung 41a zur Außenseite der Düse 34.
Der Bewegungsmechanismus 38, der in 1 dargestellt ist, bewegt die Düse 34 in den drei Achsrichtungen, die sich einander senkrecht schneiden. Der Bewegungsmechanismus 38 kann außerdem die Düse 34 um zwei Achsen rotieren, die sich einander senkrecht schneiden. In anderen Worten bewegt der Bewegungsmechanismus 38 die Düse 34 relativ zu der Stufe 12. Die Bewegungsvorrichtung 13 bewegt die Düse 34 außerdem relativ zu der Stufe 12.
die optische Vorrichtung 15 hat eine Lichtquelle 45, ein optisches System 46, eine Vielzahl von Kabeln 47. Die Lichtquelle 45 hat einen Oszillator und gibt den Laserstrahl L mit der Oszillation des Oszillators ab. Die Lichtquelle 45 kann die auszugebende Energie des Laserstrahls L ändern. Die Lichtquelle 45 kann außerdem die auszugebende Wellenlänge des Laserstrahls L ändern (auswählen).
Die Lichtquelle 45 ist mit dem optischen System 46 über die Kabel 47 wie zum Beispiel Hohlfasern verbunden. Die Lichtquelle 45 veranlasst den ausgegebenen Laserstrahl L auf das optische System 46 über die Kabel 47 einzufallen. Der Laserstrahl L durchläuft das optische System 46 und tritt in die Düse 34 ein.
Das optische System 46 bestrahlt den Gegenstand 2 oder das Material 3, das in Richtung des Gegenstands 2 gesprüht wurde (engl.: „sprayed“), mit dem Laserstrahl L, der von der Lichtquelle 45 ausgegeben wird, über den Strahlausgabeweg 42 in der Düse 34. Auf diese Weise führt die optische Vorrichtung 15 den Laserstrahl L in den Laserausgabeweg 42 in der Düse 34 zu und der Laserstrahl L kann von der Strahlausgabeöffnung 42a ausgegeben werden.
Das optische System 46 umfasst beispielsweise eine erste Linse 51, eine zweite Linse 52, eine dritte Linse 53, eine vierte Linse 54 und einen Galvano-Scanner 55 (engl.: „galvano scanner“). Die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 sind fixiert. Das optische System 46 kann mit einer Einstellvorrichtung vorgesehen werden, welche die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 in zwei Achsrichtungen bewegen kann, die sich beispielsweise (senkrecht) mit dem Lichtweg schneiden.
Die erste Linse 51 richtet den Laserstrahl L parallel, welcher auf das optische System 46 über die Kabel 47 eingefallen war, zu einem Parallelstrahl. Der parallel gerichtete Laserstrahl L wird dann einfallend auf den Galvano-Scanner 55.
Jede von der zweiten Linse 52, der dritten Linse 53 und der vierten Linse 54 läuft mit dem Laserstrahl L zusammen, der von dem Galvano-Scanner 55 ausgegeben wird. Der Laserstrahl L, der mit der zweiten Linse 52 zusammenlief, durchläuft die Kabel 47 und erreicht die Düse 34. Der Gegenstand 2 wird mit dem Laserstrahl L bestrahlt, der mit der dritten Linse 53 zusammenlief, und dem Laserstrahl L, der mit der vierten Linse 54 zusammenlief.
Der Galvano-Scanner 55 teilt das parallel gerichtete Licht, das durch die erste Linse 51 parallel gerichtet wurde, in auf die zweite Linse 52 einfallendes Licht, auf die dritte Linse 53 einfallendes Licht und auf die vierte Linse 54 einfallendes Licht auf. Der Galvano-Scanner 55 umfasst einen ersten Galvano-Spiegel 57 (engl.: „galvano mirror“), einen zweiten Galvano-Spiegel 58 und einen dritten Galvano-Spiegel 59. Jeder der Galvano-Spiegel 57, 58, 59 ist ausgestaltet, um Licht aufzuteilen, und sie können deshalb ihre Neigungswinkel (Ausgabewinkel) ändern.
Der erste Galvano-Spiegel 57 überträgt einen Teil des Laserstrahls L, der die erste Linse 51 durchlief, und gibt den übertragenen Laserstrahl L an den zweiten Galvano-Spiegel 58 aus. Der erste Galvano-Spiegel 57 reflektiert den anderen Teil des Laserstrahls L und gibt den reflektierten Laserstrahl L an die vierte Linse 54 aus. Der erste Galvano-Spiegel 57 ändert eine mit dem Laserstrahl L, welcher durch die vierte Linse 54 übertragen wurde, zu bestrahlende Position, basierend auf dem Neigungswinkel des ersten Galvano-Spiegels 57.
Der zweite Galvano-Spiegel 58 überträgt einen Teil des Laserstrahls L, der durch den ersten Galvano-Spiegel 57 übertragen wurde, und gibt den übertragenden Laserstrahl L an den dritten Galvano-Spiegel 59 aus. Der zweite Galvano-Spiegel 58 reflektiert den anderen Teil des Laserstrahls L und gibt den reflektierten Laserstrahl L an die dritte Linse 53 aus. Der zweite Galvano-Spiegel 58 ändert eine mit dem Laserstrahl L, welcher durch die dritte Linse 53 übertragen wurde, zu bestrahlender Position, basierend auf dem Neigungswinkel des zweiten Galvano-Spiegels 58.
Der dritte Galvano-Spiegel 59 reflektiert den Laserstrahl L, der durch den zweiten Galvano-Spiegel 58 übertragen wurde, und gibt den reflektierten Laserstrahl L an die zweite Linse 52 aus.
Das optische System 46 hat eine Schmelzvorrichtung 46a, die den ersten Galvano-Spiegel 57, den zweiten Galvano-Spiegel 58 und die dritte Linse 53 umfasst. Die Schmelzvorrichtung 46a bildet eine Schicht 2b und führt durch Erwärmung des Materials 3, das zu dem Gegenstand 2 von der Düse 34 zugeführt wurde, durch Bestrahlen des Materials 3 mit dem Laserstrahl L einen Wärmebehandlungsprozess (engl.: „annealing process“) aus.
Das optische System 46 hat außerdem eine Entfernungsvorrichtung 46b, die den ersten Galvano-Spiegel 57 und die vierte Linse 54 umfasst. Die Entfernungsvorrichtung 46b entfernt einen unnötigen Teil, der auf der Basis 2a oder der Schicht 2b ausgebildet wird, durch Bestrahlen dieses Teils mit dem Laserstrahl L.
Die Entfernungsvorrichtung 46b entfernt Teile, die nicht in einer vorbestimmten Form des Fertigungsgegenstandes 4 umfasst sind, wie zum Beispiel ein unnötiges Teil, das mit dem Material 3, das während das Material 3 von der Düse 34 zugeführt wird, verstreut wird, ausgebildet wird oder das ausgebildet wird, während die Schicht 2b beispielsweise ausgebildet wird. Die Entfernungsvorrichtung 46b gibt den Laserstrahl L mit einer Energie aus, die solche unnötigen Teile entfernen kann.
Die Messvorrichtung 16 misst die Form der verfestigten Schicht 2b und die Form des Fertigungsgegenstandes 4, der gefertigt wurde. Die Messvorrichtung 16 überträgt die Informationen der gemessenen Formen an die Steuervorrichtung 18. Die Messvorrichtung 16 umfasst beispielsweise eine Kamera 65 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 66. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 66 führt Bildverarbeitung basierend auf den Informationen aus, die mit der Kamera 65 gemessen wurden. Die Messvorrichtung 16 misst die Formen der Schichte 2b und des Fertigungsgegenstandes 4 unter Verwendung eines Verfahrens, wie zum Beispiel Interferometrie oder Lichtschnittverfahren.
Die Steuervorrichtung 18 ist mit der Bewegungsvorrichtung 13, der Förderungsvorrichtung 24, der Materialzufuhrvorrichtung 31, der Fluidzufuhrvorrichtung 32, dem Bewegungsmechanismus 38, der Lichtquelle 45, dem Galvano-Scanner 55 und der Bildverarbeitungsvorrichtung 66 über die Signalleitungen 19 elektrisch verbunden.
Die Steuervorrichtung 18 umfasst eine Steuerungseinheit 18a, wie zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Speichereinheit 18b wie beispielsweise einen Festwertspeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM) und einem Festplattenlaufwerk (HDD) und andere verschiedene Arten von Vorrichtungen. Durch Veranlassen der CPU ein Computerprogramm, das in der ROM oder der HDD eingebunden ist, auszuführen, steuert die Steuereinheit 18a jede Einheit in der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1.
Die Steuereinheit 18a bewegt die Stufe 12 in die drei Achsrichtungen durch Steuern der Bewegungsvorrichtung 13. Die Steuereinheit 18a fördert den Fertigungsgegenstand 4, der gefertigt wurde zu der Nebenkammer 22 durch Steuern der Förderungsvorrichtung 24.
Die Steuereinheit 18a stellt ein das Material 3 zuzuführen oder nicht zuzuführen und eine zuzuführende Menge durch Steuern der Materialzufuhrvorrichtung 31. Die Steuereinheit 18a stellt ein Spülgas zuzuführen oder nicht zuzuführen und eine zuzuführende Menge durch Steuern der Fluidzufuhrvorrichtung 32.
Die Steuereinheit 18a steuert die Position der Düse 34 durch Steuern des Bewegungsmechanismus 38. Die Steuereinheit 18a stellt die Neigungswinkel der ersten Galvano-Spiegel 57, der zweiten Galvano-Spiegel 58 und der dritten Galvano-Spiegel 59 durch Steuern des Galvano-Scanners 55 ein.
Die Steuereinheit 18a stellt durch Steuern der Lichtquelle 45 die Energie des Laserstrahls L ein, die von der Lichtquelle 45 ausgegeben wird. Die Steuereinheit 18a kann die Wellenlänge des Laserstrahls L, der von der Lichtquelle 45 ausgegeben wird, durch Steuern der Lichtquelle 45 einstellen.
Eine Speichereinheit 18b speichert darin Daten, die die Form (Referenzform) des zu fertigenden Gegenstands 4 beispielsweise angeben. Die Speichereinheit 18b speichert außerdem darin Daten, die die Höhen der Düse 34 und der Stufe 12 angeben, für jede dreidimensionale Verarbeitungsposition (jeden Punkt).
Die Steuereinheit 18a kann mit einer Funktion zum selektiven Zuführen einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien 3 von der Düse 34 und Einstellen der Anteile der Materialien 3 vorgesehen werden. Diese Funktion kann einen Gegenstand mit einem abgestuften Material ausbilden, bei welchem sich der Anteil von einer Vielzahl von Materialien 3 abhängig von den Positionen in dem Fertigungsgegenstand 4 ändert.
Der Steuereinheit 18a ist mit einer Funktion zum Bestimmen der Form der Schicht 2b oder des Fertigungsgegenstandes 4 vorgesehen. Zum Beispiel bestimmt die Steuereinheit 18a durch Vergleichen der Form der Schicht 2b oder des Fertigungsgegenstandes 4, die durch die Messvorrichtung 16 erfasst wurde, mit der Referenzform, die in der Speichereinheit 18b gespeichert ist, ob ein Teil ausgebildet wurde, das nicht in der vorbestimmten Form umfasst ist.
Die Steuereinheit 18a ist außerdem mit einer Funktion zum Beschneiden (engl.: „trimming“) und Polieren der Schicht 2b oder des Fertigungsgegenstandes 4 in eine vorbestimmte Form durch Entfernen der unnötigen Teile, welche als nicht umfasst in der vorbestimmten Form als ein Ergebnis der Bestimmung der Form der Schicht 2b oder des Fertigungsgegenstandes 4 bestimmt wurde, vorgesehen. Zum Beispiel steuert die Steuereinheit 18a die Lichtquelle 45 auf solch eine Weise, dass der Laserstrahl L, der von der vierten Linse 54 über den ersten Galvano-Spiegel 57 zu dem Teil, das nicht in der vorbestimmten Form der Schicht 2b oder dem Fertigungsgegenstand 4 umfasst ist, ausgegeben wird, eine Energie hat, die das Material 3 zum Verdampfen bringt. Die Steuereinheit 18a steuert den ersten Galvano-Spiegel 57, sodass der Teil mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird und verdampft.
Ein Beispiel des Verfahrens zum Fertigen des Fertigungsgegenstandes 4 unter Verwendung der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 wird nun mit Bezug zu 4 erklärt werden. 4 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Beispiels des Ablaufs von dem Fertigungsprozess (Fertigungsverfahren), das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
Wie in 4 dargestellt führt die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 zunächst das Material 3 zu und gibt den Laserstrahl L aus. Die Steuereinheit 18a steuert die Materialzufuhrvorrichtung 31 und die Düse 34 auf solch eine Weise, dass das Material 3 durch die Düse 34 an einen vorbestimmten Bereich zugeführt wird. Die Steuereinheit 18a steuert außerdem die Lichtquelle 45 und das optische System 46 auf solch eine Weise, dass der Laserstrahl L das zugeführte Material 3 schmilzt oder sintert.
Wie in 2 dargestellt kann das optische System 46 das Material 3, das von der Düse 34 gesprüht wurde, mit dem Laserstrahl L über die Düse 34 bestrahlt werden. Das Material 3, das von der Ausstoßöffnung 43a der Düse 34 ausgestoßen wurde, durch den Durchgang 41 durchlief und von der Öffnung 41a gesprüht wurde, wird einer Fläche zugeführt, auf welcher die Schicht 2b auf der Basis 2a auszubilden ist, während es durch den Laserstrahl L vorläufig erwärmt wird. Das Material 3, das während einer Verstreuung schmolz, kann außerdem den Gegenstand 2 erreichen.
Das Material 3, das zu dem Gegenstand 2 zugeführt wurde, wird durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl L geschmolzen oder gesintert und aggregiert zusammen. Die Aggregation des Materials 3 bildet einen geschmolzenen Bereich 2c. Der geschmolzene Bereich 2c kann nicht nur das zugeführte Material 3 umfassen, sondern außerdem einen Teil der Basis 2a oder der Schicht 2b, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird. Der geschmolzene Bereich 2c kann außerdem nicht nur das vollständig geschmolzene Material 3 umfassen, sondern außerdem Stücke von teilweise geschmolzenem Material 3, die zusammen verbunden sind.
Wenn der geschmolzene Bereich 2c sich verfestigt, wird eine schichtartige oder eine dünnschichtartige Aggregation des Materials 3 auf der Basis 2a oder der Schicht 2b ausgebildet. Durch Kühlung durch die Wärmeübertragung zu der Aggregation des Materials 3, kann das Material 3 zu einer Körnungsschicht und zu einer körnigen Aggregation ausgebildet werden.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 führt dann einen Wärmebehandlungsprozess, wie in 4 dargestellt, aus. Die Steuereinheit 18a steuert die Lichtquelle 45 und die Schmelzvorrichtung 46a auf solch eine Weise, dass die Aggregation des Materials 3 auf der Basis 2a mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird. Die Aggregation des Materials 3 wird erneut durch den Laserstrahl L geschmolzen oder gesintert und verfestigt sich zu einer Schicht 2b. Auf diese Weise bildet das optische System 46 durch Bestrahlen des Materials 3 mit dem Laserstrahl L, der von der Lichtquelle 45 ausgegeben wird, und Schmelzen oder Sintern und Verfestigen des Materials 3 eine Schicht 2b des Materials 3 aus.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 führt dann eine Formmessung aus. Die Steuereinheit 18a steuert die Messvorrichtung 16, um das Material 3 auf der Basis 2a nach dem Wärmebehandlungsprozess zu messen. Die Steuereinheit 18a vergleicht die Form der Schicht 2b oder des Fertigungsgegenstands 4, welche durch die Messvorrichtung 16 erfasst wird mit der Referenzform, die in der Speichereinheit 18b gespeichert ist.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 führt dann ein Beschneiden aus. Wenn beispielsweise durch den Vergleich zwischen der Formmessung und der Referenzform bestimmt ist, dass das Material 3 an einer Position auf der Basis 2a angebracht ist, die sich von der in der vorbestimmten Form unterscheidet, steuert die Steuereinheit 18a und die Lichtquelle 45 und die Entfernungsvorrichtung 46b auf solch eine Weise, dass das unnötige Material 3 veranlasst wird, zu verdampfen. Wenn die Schicht 2b durch den Vergleich zwischen der Formmessung und der Referenzform bestimmt wird, die vorbestimmte Form aufzuweisen, setzt die Steuereinheit 18a das Trimmen aus.
Sobald die Bildung der Schicht 2b, die oben beschrieben ist, fertig gestellt ist, bildet die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 eine andere neue Schicht 2b auf die Schicht 2b aus. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 fertigt den Fertigungsgegenstand 4 additiv durch wiederholtes Ausbilden der Schichten 2b.
Die Düse 34 wird nun im Detail weiter erklärt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Düse 34 einen ersten rohrförmigen Abschnitt 71 und einen zweiten rohrförmigen Abschnitt 72. In dieser Ausführungsform sind der erste rohrförmige Abschnitt 71 und der zweite rohrförmige Abschnitt 72 getrennte Bauteile. Ohne Begrenzung auf dieses Beispiel kann der erste rohrförmige Abschnitt 71 und der zweite rohrförmige Abschnitt 72 als ein Bauteil vorgesehen werden.
Der erste rohrförmige Abschnitt 71 wird aus Metall wie zum Beispiel Messing hergestellt. Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 wird aus Metall wie beispielsweise Wolfram hergestellt. Der Schmelzpunkt des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 ist höher als der des ersten rohrförmigen Abschnitts 71. Die Schmelzpunkte des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 und des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 sind nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Der erste rohrförmige Abschnitt 71 hat eine im Wesentlichen rohrförmige Form, die sich entlang der Mittelachse Ax erstreckt. Der erste rohrförmige Abschnitt 71 ist mit dem Strahlausgabeweg 42 der Düse 34 vorgesehen. Der erste rohrförmige Abschnitt 71 hat eine innere Oberfläche 75, eine erste innere Umfangsoberfläche 76, eine zweite innere Umfangsoberfläche 77 und ein erstes Ende 78.
Die Innenoberfläche 75 ist eine Außenumfangsoberfläche des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, der eine rohrförmige Form aufweist. Deshalb ist die Innenoberfläche 75 im Wesentlichen eine rohrförmige Oberfläche, die kontinuierlich in der Umfangsrichtung der Mittelachse Ax ist, und der Außenseite der Düse 34 in der Radialrichtung zugewandt ist. In anderen Worten ist die Innenoberfläche 75 in eine Richtung ausgerichtet, die sich von der Mittelachse Ax entfernt. Die Umfangsrichtung ist eine Richtung, die um die Mittelachse Ax rotiert.
Die Innenoberfläche 75 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, die einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner wird, wenn der Abstand zu dem ersten Ende kleiner wird. In anderen Worten ist die Innenoberfläche 75 eine im Wesentlichen konusförmige Oberfläche, die sich in einer ersten Zusammenlaufrichtung D1 erstreckt, die sich der Mittelachse Ax annähert, wenn die Richtung in die negative Richtung der Z-Achse weiter verlängert wird. Die erste Zusammenlaufrichtung D1 ist ein Beispiel einer zweiten Richtung. Die Innenoberfläche 75 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Die Innenoberfläche 75 hat einen ersten unteren Rand 75a. Der erste untere Rand 75a befindet sich an einem Ende der Innenoberfläche 75 in der negativen Richtung der Z-Achse. Bei der ersten Ausführungsform ist die Innenoberfläche 75 ein Beispiel einer ersten Oberfläche und der erste untere Rand 75a ist ein Beispiel eines ersten Rands.
Wie oben beschrieben ist die Innenoberfläche 75 eine konischförmige Oberfläche. Deshalb kann in dem Querschnitt, der die Mittelachse Ax wie in 3 dargestellt umfasst, die Konturlinie der Innenoberfläche 75 als eine differenzierbare Funktion ausgedrückt werden, welche Kontinuität in dem X-Z-Koordinatensystem aufweist, welches durch die X-Achse und die Z-Achse, wie in 3 dargestellt, definiert ist. Die Konturlinie kann beispielsweise außerdem als eine Mantellinie oder ein Rand des Querschnitts bezeichnet werden. Die Innenoberfläche 75 ist eine Oberfläche, die als eine vollständig differenzierbare Funktion ausgedrückt werden kann. Die Innenoberfläche 75 kann eine andere Form haben, wie beispielsweise eine sich krümmende Oberfläche, die eine Konturlinie hat, die als eine differenzierbare Funktion ausgedrückt werden kann, welche Kontinuität aufweist, und die eine konvexe Form in einer Richtung, die sich der Mittelachse Ax annähert, aufweist oder eine konvexe Form in einer Richtung, die sich von der Mittelachse Ax entfernt, in dem Querschnitt, umfassend die Mittelachse Ax, beispielsweise aufweist.
Die erste Innenumfangsoberfläche 76 und die zweite Innenumfangsoberfläche 77 sind Innenumfangsoberflächen des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, der eine rohrförmige Form aufweist und sind Innenumfangsoberflächen der Düse 34. Die erste Innenumfangsoberfläche 76 und die zweite Innenumfangsoberfläche 77 befinden sich an entgegengesetzten Seiten der Innenoberfläche 75 und sind der Innenseite der Düse 34 in der Radialrichtung zugewandt. In anderen Worten sind die erste Innenumfangsoberfläche 76 und die zweite Innenumfangsoberfläche 77 in einer Richtung ausgerichtet, die sich der Mittelachse Ax annähert.
Der Strahlausgabeweg 42 ist an der rohrförmigen Innenseite des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 vorgesehen. Die erste Innenumfangsoberfläche 76 und die zweite Innenumfangsoberfläche 77 definieren den Strahlausgabeweg 42 und sind der Innenseite des Strahlausgabewegs 42 zugewandt. Der Strahlausgabeweg 42 ist von der Innenoberfläche 75 an der Innenseite in der Radialrichtung beabstandet.
Die erste Innenumfangsoberfläche 76 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, die einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner wird, wenn der Abstand zu dem ersten Ende 78 kleiner wird. In anderen Worten ist die erste Innenumfangsoberfläche 76 im Wesentlichen eine konischförmige Oberfläche, die sich in einer zweiten Zusammenlaufrichtung D2 erstreckt, welche sich der Mittelachse Ax annähert, wenn die Richtung weiter in die negative Richtung der Z-Achse verlängert wird. Der Winkel, unter welchem die zweite Zusammenlaufrichtung D2 und die Mittelachse Ax sich miteinander schneiden, ist kleiner als der Winkel, unter welchem sich die erste Zusammenlaufrichtung D1 und die Mittelachse Ax miteinander schneiden.
Die zweite Innenumfangsoberfläche 77 befindet sich zwischen der ersten Innenumfangsoberfläche 76 und dem ersten Ende 78. Ein Ende der zweiten Innenumfangsoberfläche 77 in der positiven Richtung der Z-Achse ist mit der ersten Innenumfangsoberfläche 76 verbunden. Ein Ende der zweiten Innenumfangsoberfläche 77 in der negativen Richtung der Z-Achse ist mit dem ersten Ende 78 verbunden.
Die zweite Innenumfangsoberfläche 77 erstreckt sich in einer Richtung, die sich der Innenoberfläche 75 annähert, in die negative Richtung der Z-Achse. In dieser Ausführungsform ist die zweite Innenumfangsoberfläche 77 eine konischförmige Oberfläche, die sich in einer Richtung erstreckt, die weiter von der Mittelachse Ax beabstandet wird, wenn die Richtung weiter in die negative Richtung der Z-Achse verlängert wird. Die zweite Innenumfangsoberfläche 77 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Das erste Ende 78 befindet sich an einem Ende des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 in der negativen Richtung der Z-Achse. In dieser Ausführungsform ist das erste Ende 78 eine im Wesentlichen ringförmige Endoberfläche des ersten rohförmigen Abschnitts 71 in der negativen Richtung der Z-Achse. Die Strahlausgabeöffnung 42a öffnet sich an dem ersten Ende 78.
Die Innenoberfläche 75 ist mit dem ersten Ende 78 an den ersten unteren Rand 75a verbunden. In anderen Worten erstreckt sich die Innenoberfläche 75 von dem ersten Ende 78. Die zweite Innenumfangsoberfläche 77 erstreckt sich außerdem von dem ersten Ende 78. Die Innenoberfläche 75 und die zweite Innenumfangsoberfläche 77 sind nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Eine Wanddicke des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 wird in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse kleiner. In anderen Worten wird der Abstand zwischen der Innenoberfläche 75 und der ersten Innenumfangsoberfläche 76 oder der zweiten Innenumfangsoberfläche 77 in der Radialrichtung in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse kleiner. Der erste rohrförmige Abschnitt 71 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 hat eine im Wesentlichen rohrförmige Form, die sich entlang der Mittelachse Ax erstreckt. Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 umgibt den ersten rohrförmigen Abschnitt 71 mit einem Raum dazwischen. In anderen Worten erstreckt sich der zweite rohrförmige Abschnitt 72 entlang der Mittelachse Ax auf der Außenseite des ersten rohrförmigen Abschnitts 71. Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 hat eine Außenoberfläche 71, eine Außenumfangsoberfläche 82 und ein zweites Ende 83.
Die Außenoberfläche 81 ist die Innenumfangsoberfläche des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72, der eine rohförmige Form aufweist. Die Außenoberfläche 81 ist der Innenseite der Düse 34 in der Radialrichtung zugewandt. In anderen Worten ist die Außenoberfläche 81 in eine Richtung ausgerichtet, die entgegengesetzt der Richtung ist, in welcher die Innenoberfläche 75 ausgerichtet ist und in der Richtung, die sich der Mittelachse Ax annähert.
Die Außenoberfläche 81 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, die einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner wird, wenn der Abstand des zweiten Endes 83 kleiner wird. In anderen Worten ist die Außenoberfläche 81 im Wesentlichen eine konischförmige Oberfläche, die sich in der ersten Zusammenlaufrichtung D1 erstreckt, welche sich der Mittelachse Ax annähert, wenn die Richtung in der negativen Richtung der Z-Achse weiter verlängert wird. Die Außenoberfläche 81 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Wie oben erwähnt erstreckt sich die Innenoberfläche 75 des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 und die Außenoberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 beide in der ersten Zusammenlaufrichtung D1. In anderen Worten sind die Innenoberfläche 75 und die Außenoberfläche 81 durch den gleichen Winkel bezüglich der Mittelachse Ax geneigt und die Innenoberfläche 75 und die Außenoberfläche 81 sind Oberflächen, die sich im Wesentlichen parallel erstrecken. Die Innenoberfläche 75 und die Außenoberfläche 81 können bezüglich der Mittelachse Ax durch unterschiedliche Neigungswinkel geneigt sein.
Die Außenoberfläche 81 hat einen zweiten unteren Rand 81a. Der zweite untere Rand 81a befindet sich an einem Ende der Außenoberfläche 81 in der negativen Richtung der Z-Achse. In der ersten Ausführungsform ist die Außenoberfläche 81 ein Beispiel einer zweiten Oberfläche und der zweite untere Rand 81a ist ein Beispiel eines zweiten Rands.
Wie oben beschrieben ist die Außenoberfläche 81 eine konischförmige Oberfläche. Deshalb kann in dem Querschnitt, der die Mittelachse Ax wie in 3 dargestellt umfasst, die Konturenlinie der Außenoberfläche 81 als eine differenzierbare Funktion in dem X-Z-Koordinatensystem ausgedrückt werden, welches durch die X-Achse und die Z-Achse, die in 3 dargestellt sind, definiert ist. Zudem ist die Außenoberfläche 81 eine Oberfläche, die als eine vollständig differenzbare Funktion ausgedrückt werden kann. Die Außenoberfläche 81 kann außerdem eine andere Form aufweisen, wie zum Beispiel eine gekrümmte Oberfläche, die eine Konturlinie aufweist, die als eine differenzierbare Funktion in dem Querschnitt ausgedrückt werden kann, welche die Mittelachse Ax umfasst, und eine konvexe Form in einer Richtung, die sich der Mittelachse Ax annähert, aufweisen oder eine konvexe Form in einer Richtung, die sich von der Mittelachse Ax entfernt, beispielsweise aufweisen.
Die Außenumfangsoberfläche 82 ist eine Außenumfangsoberfläche des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72, der eine rohrförmige Form aufweist, und ist die Außenumfangsoberfläche der Düse 34. Deshalb ist die Außenumfangsoberfläche 82 eine im Wesentlichen rohrförmige Oberfläche, die kontinuierlich in der Umfangsrichtung der Mittelachse Ax ist, befindet sich auf der entgegengesetzten Seite der Außenoberfläche 81 und ist der Außenseite der Düse 34 in der Radialrichtung zugewandt. In anderen Worten ist die Außenumfangsoberfläche 82 einer Richtung zugewandt, die sich von der Mittelachse Ax entfernt. Die Außenumfangsoberfläche 82 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, die einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner wird, wenn der Abstand zu dem zweiten Ende 83 kleiner wird.
Das zweite Ende 83 befindet sich an einem Ende des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 in der negativen Richtung der Z-Achse. Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Ende 83 eine im Wesentlichen ringförmige Endoberfläche des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 in der negativen Richtung der Z-Achse.
Das zweite Ende 83 bildet die Spitze 34a der Düse 34 aus. Die Spitze 34a ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Die Öffnung 41a öffnet das zweite Ende 83. Das zweite Ende 83 ist in der negativen Richtung der Z-Achse ausgerichtet und ist dem Gegenstand 2 mit einem Raum dazwischen zugewandt. Das zweite Ende 83 ist von dem ersten Ende 78 in der negativen Richtung der Z-Achse beabstandet.
Die Außenoberfläche 81 ist mit dem zweiten Ende 83 an dem zweiten unteren Rand 81a verbunden. In anderen Worten erstreckt sich die Außenoberfläche 81 von dem zweiten Ende 83. Die Außenumfangsoberfläche 82 erstreckt sich außerdem von dem zweiten Ende 83. Die Außenoberfläche 81 und die Außenumfangsoberfläche 82 sind nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Eine Wanddicke des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 wird in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse kleiner. In anderen Worten wird der Abstand zwischen der Außenoberfläche 81 und der Außenumfangsoberfläche 82 in der Radialrichtung in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse kleiner. Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Eine Dicke To des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 an dem zweiten Ende 83 ist kleiner als eine Dicke Ti des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 in dem ersten Ende 78. In anderen Worten ist in der Radialrichtung der Abstand zwischen der Außenoberfläche 81 und der Außenumfangsoberfläche 82 an dem zweiten Ende 83 kleiner als der Abstand zwischen der Innenoberfläche 75 und der zweiten Innenumfangsoberfläche 77 an dem ersten Ende 78.
Ein Teil der Außenoberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 ist der Innenoberfläche 75 des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 mit einem Raum dazwischen zugewandt. Der Ausstoßweg 43 ist zwischen der Innenoberfläche 75 und dem Teil der Außenoberfläche 81 vorgesehen. In anderen Worten definiert die Innenoberfläche 75 und der Teil der Außenoberfläche 81 zumindest einen Teil des Ausstoßwegs 43.
Der Ausstoßweg 43, der zwischen der Innenoberfläche 75 und der Außenoberfläche 81 vorgesehen ist, erstreckt sich entlang der ersten Zusammenlaufrichtung D1. Deshalb strömt das Trägergas G und das Material 3, das durch die Materialzufuhrvorrichtung 31, die in 1 dargestellt ist, zugeführt wird, durch den Ausstoßweg 43 in der ersten Zusammenlaufrichtung D1.
Die Ausstoßöffnung 43a des Ausstoßwegs 43 ist durch den ersten unteren Rand 75a der Innenoberfläche 75 in den ersten rohrförmigen Abschnitt 71 und der Oberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 definiert. Die Ausstoßöffnung 43a ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Die Ausstoßöffnung 43a ist weiter von der Mittelachse Ax beabstandet als die Strahlausgabeöffnung 42a des Strahlausgabewegs 42 auf der Außenseite in der Radialrichtung.
Ein Teil der Außenoberfläche 81 in dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 72, der den zweiten unteren Rand 81a umfasst, definiert zumindest einen Teil des Durchgangs 41. Zudem wir die Öffnung 41a des Durchgangs 41 durch den zweiten unteren Rand 81a der Außenoberfläche 81 definiert. Die Öffnung 41a ist nicht auf dieses Beispiel begrenzt. In der Richtung entlang der Mittelachse Ax ist der zweite untere Rand 81a von dem ersten unteren Rand 75a der Innenoberfläche 75 an der Seite in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse beabstandet.
Der Innendurchmesser der Öffnung 41a ist kleiner als der Innendurchmesser der Strahlausgabeöffnung 42a. In anderen Worten ist die Öffnung 41a kleiner als die Strahlausgabeöffnung 42a. Alternativ kann der Innendurchmesser der Öffnung 41a gleich oder größer sein als der Innendurchmesser der Strahlausgabeöffnung 42a.
Wie oben beschrieben definiert ein Teil der Außenoberfläche 81 zumindest einen Teil des Ausgabewegs 43 und befindet sich in dem Ausstoßweg 43. Im Gegensatz dazu definiert ein Teil der Außenoberfläche 81, der den zweiten unteren Rand 81a umfasst, den Durchgang 41 und befindet sich in dem Durchgang 41. Bei solch einer Konfiguration setzt sich die Außenoberfläche 81 von der Innenseite des Ausstoßwegs 43 zu dem Durchgang 41 fort, der die Außenseite des Ausstoßwegs 43 ist. Deshalb folgt, wie durch die Pfeile in 3 angezeigt, die Strömung des Trägergas G, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, der Außenoberfläche 81 beispielsweise aufgrund des Coanda-Effekts. Zusätzlich zu dem Coanda-Effekt veranlasst beispielsweise der Druck des Spülgases, das von der Strahlausgabeöffnung 42a ausgestoßen wird, die Strömung des Trägergases G der Außenoberfläche 81 zu folgen.
Fluid strömt entlang einer Oberfläche, die eine Konturlinie hat, die als eine differenzbare Funktion ausdrückt werden kann, welche Kontinuität aufweist, aufgrund des Coanda-Effekts. In anderen Worten strömt Fluid entlang einer Oberfläche, die als eine vollständig differenzbare Funktion ausgedrückt werden kann. Wenn Fluid einen Rand einer Oberfläche erreicht, welche eine Konturlinie hat, die als eine differenzierbare Funktion ausgedrückt werden kann, welche Kontinuität aufweist, wird das Fluid von dem Rand getrennt.
Die Außenoberfläche 81 hat eine Konturlinie, die als eine differenzbare Funktion ausgedrückt werden kann, welche Kontinuität aufweist, in dem Querschnitt, der die Mittelachse Ax umfasst. Im Gegensatz dazu, wenn die Außenoberfläche 81 und das zweite Ende 83 als eine Oberfläche betrachtet werden, sind die Außenoberfläche 81 und das zweite Ende 83 kontinuierlich über den zweiten unteren Rand 81a, aber nicht differenzierbar. In anderen Worten sind die Außenoberfläche 81 und das zweite Ende 83 nicht gleichmäßig kontinuierlich. Deshalb wird die Strömung des Trägergases G, welches der Außenoberfläche 81 folgt, an dem zweiten unteren Rand 81a getrennt und von der Düse 34 entfernt.
Die Strömung des Trägergas G, die von der Düse 34 an dem zweiten unteren Rand 81a entfernt wird, strömt im Allgemeinen in die erste Zusammenlaufrichtung D1. Das Material 3, das über die Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, wird durch das Trägergas G getragen, strömt entlang der Außenoberfläche 81 in die erste Zusammenlaufrichtung D1 und wird an die Außenseite der Düse 34 von der Öffnung 41a ausgestoßen, welche durch den zweiten unteren Rand 81a definiert ist.
Bei dieser Ausführungsform ist die erste Zusammenlaufrichtung D1 eine Richtung, die sich der Mittelachse Ax annähert, wenn diese Richtung weiter in die negative Richtung der Z-Achse verlängert wird. Deshalb nähert sich die Strömung des Trägergases G, das sich von der Düse 34 an dem zweiten unteren Rand 81a entfernt und das Material 3, das durch das Trägergas G getragen wird, der Mittelachse Ax an, wenn das Trägergas G und das Material 3 sich weiter in die negative Richtung der Z-Achse bewegen. Als eine Folge davon wird das Material 3, das durch das Trägergas G getragen wird, an einem Verarbeitungspunkt P gesammelt, welcher in 2 dargestellt ist. Der Verarbeitungspunkt P befindet sich auf der Mittelachse Ax und befindet sich auf dem Gegenstand 2 oder innerhalb des Gegenstandes 2. Durch Zulassen des Verarbeitungspunkts P oder einer Umgebung des Verarbeitungspunkts P mit dem Laserstrahl L bestrahlt zu werden, wird das Material 3, das von der Düse 34 ausgestoßen wird, durch den Laserstrahl L geschmolzen oder gesintert.
In der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1, die mit der Düse 34 vorgesehen ist, gemäß der ersten Ausführungsform, die oben erklärt ist, ist der Ausstoßweg 43 zwischen der Innenoberfläche 75 und der Außenoberfläche 81 vorgesehen und die Außenoberfläche 81 umfasst den zweiten unteren Rand 81a, der von dem ersten unteren Rand 75a auf der Seite in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse in der Richtung entlang der Mittelachse Ax beabstandet ist. Das Trägergas G, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, strömt entlang der Außenoberfläche 81, wird an dem zweiten unteren Rand 81a getrennt und entfernt sich von der Düse 34. In anderen Worten ermöglicht der Coanda-Effekt das Trägergas G, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, entlang einer der Innenoberfläche 75 oder der Außenoberfläche 81 zuströmen, welche auch immer eine längere Oberfläche in der negativen Richtung der Z-Achse aufweist. Der Coanda-Effekt endet an dem zweiten unteren Rand 81a und das Trägergas G entfernt sich von der Düse 34 und wird in Richtung des Gegenstands 2 freigegeben. Deshalb ermöglicht die Düse 34 gemäß der Ausführungsform das Material 3 und das Trägergas G durch Folgen der Innenoberfläche 75 oder der Außenoberfläche 81 zusammenzulaufen, und deshalb kann das Material 3 an einen präziseren Bereich zugeführt werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung zur additiven Fertigung 1 wie offenbart bei der ersten Ausführungsform bei einer hohen Auflösung (Laminierungsabstand (engl.: „lamination pitch“) additiv hergestellt werden. Zudem kann der erste rohrförmige Abschnitt 71, der eine Innenoberfläche 75 in der Düse 34 aufweist, in einer Länge reduziert werden, und deshalb kann das Gewicht der Düse 34 weiter reduziert werden.
Die Strahlausgabeöffnung 42a und die Ausstoßöffnung 43a stehen mit dem Durchgang 41 in Verbindung und die Öffnung 41a des Durchgangs 41 ist kleiner als die Strahlausgabeöffnung 42a. In anderen Worten, weil die Strahlausgabeöffnung 42a, durch welche der Laserstrahl L durchläuft, einen größeren Umfang hat, beeinträchtigt der Laserstrahl L die Düse 34 weniger. Deshalb kann der Grad, durch welchen die Düse 34 durch den Laserstrahl L beschädigt wird, verringert werden, die Ausgabeenergie des Laserstrahls L erhöht werden, sodass der Laserstrahl L das Material 3 mit einem höheren Schmelzpunkt schmelzen kann, und die Entstehungen von Spritzern verhindern. Zudem, wenn der Durchmesser des Laserstrahls L erhöht wird, kann der Laserstrahl L das Material 3 in einem weiteren Bereich Schmelzen oder Sintern, während eine Beeinträchtigung des Laserstrahl L mit der Düse 34 verringert wird. Zudem wird das Material 3 von der Öffnung 41a zu der Außenseite der Düse 34 ausgestoßen. Weil die Öffnung 41a kleiner ist als die Strahlausgabeöffnung 42a, kann das Material 3 an einen präziseren Bereich zugeführt werden.
Eine Wanddicke sowohl von dem ersten rohrförmigen Abschnitt 71 als auch von dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 72 wird in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse kleiner. Bei dieser Konfiguration kann an dem zweiten Ende 83, das näher an dem Gegenstand 2 ist, die Wanddicke des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 verringert werden. Deshalb kann die Wärme, die von dem Laserstrahl L oder dem Gegenstand 2, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wurde, an den zweiten rohrförmigen Abschnitt 72 übertragen wird, effizienter freigegeben werden.
Die Dicke To des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 an dem zweiten Ende 83 ist kleiner als die Dicke Ti des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 an dem ersten Ende 78. Bei dieser Konfiguration kann die Wärme, die von dem Laserstrahl L oder dem Gegenstand 2, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wurde, an den zweiten rohrförmigen Abschnitt 72, der näher an dem Gegenstand 2 ist, übertragen wird, effizienter freigegeben werden.
Der erste rohrförmige Abschnitt 71 umfasst das erste Ende 78, an welchem die Strahlausgabeöffnung 42a sich öffnet, die erste Innenumfangsoberfläche 76, die der Innenseite des Strahlausgabewegs 42 zugewandt ist, und die zweite Innenumfangsoberfläche 77, die sich zwischen der ersten Umfangsoberfläche 76 und dem ersten Ende 78 befindet und die sich in einer Richtung erstreckt, die sich der Innenoberfläche 75 in der negativen Richtung der Z-Achse annähert. Bei dieser Konfiguration kann die zweite Innenumfangsoberfläche 77, die sich näher an dem ersten Ende 78 befindet, auf Abstand von dem Laserstrahl L gehalten werden, sodass der Laserstrahl L den ersten rohrförmigen Abschnitt 71 weniger beeinträchtigt.
Der Schmelzpunkt des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 ist höher als der Schmelzpunkt des ersten rohförmigen Abschnitts 71. Bei dieser Konfiguration können die Änderungen des Laserstrahls L oder des Gegenstands 2, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird, der einen Schaden in dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 72 verursacht, welcher sich näher an dem Gegenstand 2 befindet, reduziert werden.
Die Wärme, die an die Düse 34 von dem Gegenstand 2, umfassend den Verarbeitungspunkt P, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird, hat einen größeren Effekt als die Wärme, die an dem ersten rohrförmigen Abschnitt 71 der Düse 34 von dem Laserstrahl L, durchlaufend den Strahlausgabeweg 42, übertragen wird. Der zweite rohrförmige Abschnitt 72 erstreckt sich zu einer Position, die näher an dem Gegenstand 2 ist als der erste rohrförmige Abschnitt 71. Deshalb wird der Schmelzpunkt des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72, welcher einer von dem ersten rohrförmigen Abschnitt 71 und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 72 ist, der sich näher an dem Gegensand 2 befindet, höher gesetzt als der des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, der sich weiter weg von dem Gegenstand 2 befindet, sodass der Effekt der Wärme, die an die Düse 34 von dem Gegenstand 2 übertragen wird, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird, reduziert ist.
Der zweite rohrförmige Abschnitt 72, der sich an der Außenseite befindet, wird mehr durch die Wärme beeinflusst, die von dem Gegenstand 2, umfassend den Verarbeitungspunkt P, welcher mit dem Laserstrahl L bestrahlt wurde, übertragen wird, als der erste rohrförmige Abschnitt 71, der sich an der Innenseite befindet. Deshalb wird der Schmelzpunkt des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 höher festgesetzt als der Schmelzpunkt des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, wenn der Abstand zwischen dem ersten Ende 78 und dem ersten rohrförmigen Abschnitt 71 und dem Gegenstand 2 gleich ist wie der Abstand zwischen dem zweiten Ende 83 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 und des Gegenstands 2.
Die Innenoberfläche 75 und die Außenoberfläche 81, die in der ersten Zusammenlaufrichtung D1 verlängert sind, welche sich der Mittelachse Ax in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse annähert. Bei dieser Konfiguration ermöglicht die Düse 34 gemäß der Ausführungsform dem Material 3 und dem Trägergas G durch Folgen der Innenoberfläche 75 oder der Außenoberfläche 81 zusammenzulaufen, und deshalb kann das Material 3 an einen präziseren Bereich zugeführt werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform wird nun mit Bezug zu den 5 und 6 erklärt werden. In den Erklärungen von untenstehenden Ausführungsformen, sind Bauteile, die die gleiche Funktionen haben als die, die bereits erklärt wurden, sind mit Bezugszeichen versehen, welche die gleichen sind als jene, die bereits erklärt wurden, und Erklärungen davon werden mitunter weggelassen werden. Die Bauteile, denen die gleichen Bezugszeichen gegeben wurden, haben nicht notwendigerweise die gleichen Funktionen oder Eigenschaften in ihrer Gesamtheit und können unterschiedliche Funktionen und Eigenschaften abhängig von den Ausführungsformen umfassen.
5 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse 34 und einen Teil des Gegenstands 2 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 6 ist eine beispielhafte Schnittansicht, die einen Teil der Düse 34 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in den 5 und 6 dargestellt sind bei der zweiten Ausführungsform der erste untere Rand 75a der Innenoberfläche 75 des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 von dem zweiten unteren Rand 81a der Außenoberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 auf der Seite in Richtung der negativen Richtung der Z-Achse in der Richtung entlang der Mittelachse Ax beabstandet. Auf diese Weise ist in der zweiten Ausführungsform die Innenoberfläche 75 ein Beispiel der zweiten Oberfläche und der erste untere Rand 75a ist ein Beispiel des zweiten Rands. Die Außenoberfläche 81 ist ein Beispiel der ersten Oberfläche und der zweite untere Rand 81a ist ein Beispiel des ersten Rands.
In der Düse 34 gemäß der zweiten Ausführungsform sind der Strahlausgabeweg 42 und der Ausstoßweg 43 vorgesehen, aber der Durchgang 41 ist nicht vorgesehen. Die Strahlausgabeöffnung 42a des Strahlausgabewegs 42 und die Ausstoßöffnung 43a des Ausstoßwegs 43 öffnen sich beide zu der Außenseite der Düse 34.
Der Ausstoßweg 43 ist zwischen einem Teil der Innenoberfläche 75 des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 und der Außenoberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 vorgesehen. In anderen Worten definiert das Teil der Innenoberfläche 75 und der Außenoberfläche 81 zumindest ein Teil des Ausstoßwegs 43. Die Ausstoßöffnung 43a des Ausstoßwegs 43 ist durch die Innenoberfläche 75 des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 und dem zweiten unteren Rand 81a der Außenoberfläche 81 des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 definiert.
Wie oben beschrieben definiert ein Teil der Innenoberfläche 75 zumindest einen Teil des Ausstoßwegs 43 und befindet sich in dem Ausstoßweg 43. Ein Teil der Innenoberfläche 75, der den ersten unteren Rand 75a umfasst, befindet sich außerhalb des Ausstoßwegs 43 und liegt auf der Außenseite in der Radialrichtung frei. Auf diese Weise setzt sich die Innenoberfläche 75 von der Innenseite des Ausstoßwegs 43 zu der Außenseite des Ausstoßwegs 43 fort. Deshalb folgt wie durch die Pfeile in 6 angegeben, die Strömung des Trägergases G, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, der Innenoberfläche 75 beispielsweise aufgrund des Coanda-Effekts.
Die Strömung des Trägergases G, das der Innenoberfläche 75 folgt, wird an dem ersten unteren Rand 75a getrennt und entfernt sich von der Düse 34. Die Strömung des Trägergases G, das sich von der Düse 34 an dem ersten unteren Rand 75a entfernt, strömt im Allgemeinen in die erste Zusammenlaufrichtung D1. Das Material 3, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, wird durch das Trägergas G getragen, strömt entlang der Innenoberfläche 75 in die erste Zusammenlaufrichtung D1 und wird von dem ersten unteren Rand 75a in Richtung des Gegenstands 2 freigegeben.
Die Strömung des Trägergases G, das sich von der Düse 34 an den ersten unteren Rand 75a entfernt und das Material 3, das durch das Trägergas G getragen wird, nähern sich der Mittelachse Ax an, wenn das Trägergas G und das Material 3 sich weiter in die negative Richtung der Z-Achse bewegen. Bei dieser Konfiguration wird das Material 3, das durch das Träger G getragen wird, an dem Verarbeitungspunkt P, der in 5 dargestellt ist, gesammelt. Durch Zulassen des Bearbeitungspunkts P oder einer Umgebung des Verarbeitungspunkts P, der mit dem Laserstrahl L zu bestrahlen ist, wird das Material 3, das von der Düse 34 ausgestoßen wird, durch den Laserstrahl L geschmolzen oder gesintert.
Bei der Vorrichtung zur additiven Fertigung 1, die mit der Düse 34 gemäß der zweiten Ausführungsform, die oben erklärt ist, vorgesehen ist, strömt das Material 3 und das Trägergas G, das von der Ausstoßöffnung 43a ausgestoßen wird, entlang der Innenoberfläche 75 hoch zu dem ersten unteren Rand 75a. Deshalb lässt die Düse 34 gemäß der Ausführungsform das Material 3 und das Trägergas G durch Folgen der Innenoberfläche 75 zusammenlaufen, und deshalb kann das Material 3 an einen präziseren Bereich zugeführt werden. Zudem wird, angenommen, dass die Wanddicke des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, der die Innenoberfläche 75 vorsieht, und die des zweiten rohförmigen Abschnitts 72, der an der Außenoberfläche 81 vorgesehen ist, beide im gleichen Umfang reduziert werden, weil der zweite rohrförmige Abschnitt 72 sich weiter an der Außenseite befindet als der erste rohrförmige Abschnitt 71 in der Radialrichtung, der Umfang, durch welchen die Querschnittsfläche reduziert wird, in dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 72 größer sein als in dem ersten rohrförmigen Abschnitt 71. Deshalb kann, mit der Düse 34 gemäß der Ausführungsform, weil die Querschnittsfläche des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 weiter reduziert werden kann, das Gewicht der Düse 34 reduziert werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das erste Ende 78 von dem zweiten Ende 83 in die negative Richtung der Z-Achse beabstandet. In anderen Worten erstreckt sich der erste rohrförmige Abschnitt 71 zu einer Position, die sich näher an dem Gegenstand 2 befindet als der zweite rohrförmige Abschnitt 72. Deshalb ist der Schmelzpunkt des ersten rohrförmigen Abschnitts 71, welcher näher dem Gegenstand 2 ist, höher festgelegt als der des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72, welcher weiter von dem Gegenstand 2 beabstandet ist. Auf diese Weise wird der Effekt der Wärme reduziert, die zu der Düse 34 von dem Gegenstand 2, der mit dem Laserstrahl L bestrahlt wird, übertragen wird. Zum Beispiel wird der erste rohrförmige Abschnitt 71 aus Wolfram hergestellt und der zweite rohrförmige Abschnitt 72 aus Messing hergestellt. Die Schmelzpunkte des ersten rohrförmigen Abschnitts 71 und des zweiten rohrförmigen Abschnitts 72 sind nicht auf dieses Beispiel begrenzt.
Gemäß zumindest einer der oben erklärten Ausführungsformen wird das Fluid, das von dem zweiten offenen Ende ausgestoßen wird, entlang einer von der Innenoberfläche oder der Außenoberfläche aufgrund des Coanda-Effekts zum Strömen veranlasst, welcher sich auch immer länger in der ersten Richtung erstreckt. An dem zweiten Rand endet der Coanda-Effekt und das Fluid entfernt sich von der Düseneinheit und wird in Richtung des Gegenstands freigegeben. Deshalb lässt die Düse gemäß der Ausführungsform das Pulver und das Fluid durch Folgen der Innenoberfläche oder der Außenoberfläche zusammenlaufen, und deshalb kann das Pulver an einen präziseren Bereich zugeführt werden.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur beispielshalber vorgestellt, und beabsichtigen nicht den Umfang der Erfindungen zu begrenzen. Gewiss können die neuen Verfahren und Systeme, die hier beschrieben wurden, in einer Vielfalt von anderen Gestaltungen ausgeführt werden, zudem, können vielfältige Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Gestalt der Verfahren und Systeme, die hier beschrieben wurden, gemacht werden, ohne sich von dem Geist der Erfindungen zu entfernen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente beabsichtigen solche Gestaltungen oder Modifikationen abzudecken, wenn sie innerhalb des Umfangs und dem Geist der Erfindungen fallen würden.
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 2017 [0001]
JP 185420 [0001]
JP 2015178191 [0003]

Claims

Eine Düse (34) mit: einer Düseneinheit (34), die eine Innenoberfläche (75), welche einer Außenseite einer Achse (Ax) in einer Radialrichtung zugewandt ist, und eine Außenoberfläche (81), welche der Innenoberfläche (75) mit einem Raum dazwischen in der Radialrichtung zugewandt ist, aufweist und die mit einem ersten Durchgang (42), welcher von der Innenoberfläche (75) an einer Innenseite in der Radialrichtung beabstandet ist, welcher sich entlang der Achse (Ax) erstreckt und durch welchen ein Energiestrahl (L) durchläuft, und mit einem zweiten Durchgang (43), welcher zwischen der Innenoberfläche (75) und der Außenoberfläche (81) vorgesehen ist und durch welchen Pulver (3) und Fluid (G) durchläuft, vorgesehen ist, wobei der erste Durchgang (42) ein erstes offenes Ende (42a) umfasst, welches sich an einem Ende des ersten Durchgangs (42) in einer ersten Richtung entlang der Achse (Ax) befindet und welches sich zur Außenseite des ersten Durchgangs (42) öffnet, der zweite Durchgang (43) ein zweites offenes Ende (43a) umfasst, welches sich an einem Ende des zweiten Durchgangs (43) in der ersten Richtung befindet, welches weiter von der Achse (Ax) beabstandet ist als das erste offene Ende (42a), an einer Außenseite in der Radialrichtung, und welches sich zur Außenseite des zweiten Durchgangs (43) öffnet, eine erste Oberfläche (75;81), welche die Innenoberfläche (75) oder die Außenoberfläche (81) ist, einen ersten Rand (75a) umfasst, welcher sich an einem Ende der ersten Oberfläche (75;81) in der ersten Richtung befindet, eine zweite Oberfläche (81;75), welche die andere von der Innenoberfläche (75) oder der Außenoberfläche (81) ist, einen zweiten Rand (81a) umfasst, welcher sich an einem Ende der zweiten Oberfläche (81;75) in der erste Richtung befindet und welcher von dem ersten Rand (75a) an einer Seite zu der ersten Richtung in einer Richtung entlang der Achse (Ax) beabstandet ist, und die Düseneinheit (34) das Fluid (G), das von dem zweiten offenen Ende (43a) ausgestoßen wird, entlang der zweiten Oberfläche (81;75) strömen lässt, um sich an dem zweiten Rand (81a) abzulösen und sich von der Düseneinheit (34) zu entfernen.
Die Düse (34) gemäß Anspruch 1, wobei die Innenoberfläche (75) die erste Oberfläche (75;81) ist, die Außenoberfläche (81) die zweite Oberfläche ist (81;75), die Düseneinheit (34) mit einem dritten Durchgang (41) vorgesehen ist, welcher mit dem ersten offenen Ende (42a) und dem zweiten offenen Ende (43a) in Verbindung steht und durch welchen der Energiestrahl (L), das Pulver (3) und das Fluid (G) durchgehen, der dritte Durchgang (41) ein drittes offenes Ende (41a) umfasst, welches sich an einem Ende des dritten Durchgangs (41) in der ersten Richtung befindet und welches sich zu der Außenseite der Düseneinheit (34) öffnet, und das dritte offene Ende (41a) kleiner ist als das erste offene Ende (42a).
Die Düse (34) gemäß Anspruch 2, wobei die Düseneinheit (34) einen ersten rohrförmigen Abschnitt (71), der die Innenoberfläche (75) umfasst und mit dem ersten Durchgang (42) vorgesehen ist, und einen zweiten rohrförmigen Abschnitt (72), der die Außenoberfläche (81) umfasst, aufweist, eine Wanddicke des ersten rohrförmigen Abschnitts (71) in Richtung der ersten Richtung kleiner wird, und eine Wanddicke des zweiten rohrförmigen Abschnitts (72) in Richtung der ersten Richtung kleiner wird.
Die Düse (34) gemäß Anspruch 3, wobei der erste rohrförmige Abschnitt (71) ein erstes Ende (78) hat, an welchem sich das erste offene Ende (42a) öffnet, der zweite rohrförmige Abschnitt (72) ein zweites Ende (83) hat, an welchem sich das dritte offene Ende (41a) öffnet, und eine Wanddicke (To) des zweiten Endes (83) des zweiten rohrförmigen Abschnitts (72) kleiner ist als eine Wanddicke (Ti) des ersten Endes (78) des ersten rohrförmigen Abschnitts (71) .
Die Düse (34) gemäß Anspruch 3, wobei der erste rohrförmige Abschnitt (71) ein erstes Ende (78), an welchem sich das erste offene Ende (42a) öffnet, eine erste Innenumfangsoberfläche (76), welche dem Inneren des ersten Durchgangs (42) zugewandt ist, und eine zweite Innenumfangsoberfläche (77), welche sich zwischen der ersten Innenumfangsoberfläche (76) und dem ersten Ende (78) befindet und welche sich in einer Richtung erstreckt, die sich der Innenoberfläche (75) in Richtung der ersten Richtung annähert, aufweist.
Die Düse (34) gemäß Anspruch 3, wobei ein Schmelzpunkt des zweiten rohrförmigen Abschnitts (72) höher ist als ein Schmelzpunkt des ersten rohrförmigen Abschnitts (71).
Die Düse (34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Innenoberfläche (75) sich in einer zweiten Richtung (D1) erstreckt, welche sich der Achse (Ax) annähert, wenn die zweite Richtung (D1) weiter in der ersten Richtung verlängert wird, und die Außenoberfläche (81) sich entlang der zweiten Richtung (D1) erstreckt.
Die Düse (34) gemäß Anspruch 1, wobei die Außenoberfläche (81) die erste Oberfläche (75;81) ist, und die Innenoberfläche (75) die zweite Oberfläche (81;75) ist.
Eine Vorrichtung (1) für additive Fertigung mit: der Düse (34) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, einer optischen Vorrichtung (15), welche den Energiestrahl (L) zu dem ersten Durchgang (42) zuführt, und einer Zufuhrvorrichtung (31), die das Pulver (3) und das Fluid (G) zu dem zweiten Durchgang (43) zuführt, wobei die Düse (34) es ermöglicht, dass der Energiestrahl (L) das Pulver (3), welches von dem zweiten offenen Ende (43a) ausgestoßen wird, schmilzt oder sintert.